Jaroslav Tintěra MR kurz 2013
Hardware MR tomografu
MR systém
Kurz MRI Jaroslav Tintěra: Hardware MR tomografu
gradientní systém
RF systém
Kurz MRI Jaroslav Tintěra: Hardware MR tomografu
supravodivý magnet
gradientní cívkyX, Y, Z
pacientskélůžko
Body RF cívka(transmisní)
head RF cívka(přijímací)
array RF cívky(přijímací)
Tomograf MR Magnet: 1,5 T, 3 T, 7 T
Gradienty: až 300 mT/m
RF systém:Desítky paralelních přijímacích kanálů
Roste zastoupení vysokých polívýkon gradientůpočty RF kanálů
Typy magnetů
• permanentní magnety 0,4
Tesla• elektromagnety
• supravodivé magnety 0,5 – 9,0 Tesla• ultra low field < 0,2 T• low field 0,2 – 0,5 T• mid field 0,5 – 1,0 T• high field 1,0 – 3,0 T• ultra high field 3,0 – ..... T
Statické magnetické pole s maximální homogenitou:
Kurz MRI Jaroslav Tintěra: Hardware MR tomografu
Permanentní magnety
• slitiny kovů vzácných zemin– SmCo5, BaF12O19, Fe77Nd15B8 ...
– obyčejný magnetit (Fe3O4) nestačí ...
• B0 = 0,15 – 0,35 Tesla (vertikálně orientované)• otevřený design, pořizovací a provozní náklady• pro generování pole B0 nevyžadují elektrický proud• velká hmotnost ( 15 – 70 tun)• stabilitu pole narušují i malé změny teploty
Kurz MRI Jaroslav Tintěra: Hardware MR tomografu
Elektromagnety(rezistivní magnety)
• magnetické pole vyrábějí průchodem elektrického proudu vodičem (B0 počtu závitů a proudu)
• B0 = 0,15 – 0,4 Tesla
• relativně nízká hmotnost a pořizovací náklady
• většinou otevřený design s vertikálním polem B0
• dají se jednoduše úplně „vypnout“• velká provozní spotřeba elektrické energie ( 50 kW) • extrémně citlivé na udržení konstantní teploty ( 0,02 ºC)
Kurz MRI Jaroslav Tintěra: Hardware MR tomografu
Supravodivé magnety
• magnetické pole je udržováno stálým průchodem
elektrického proudu supravodičem, který má nulový
elektrický odpor
• B0 = 0,5 – 8 Tesla (běžně 1 – 2 Tesla)
• typicky horizontální orientace pole (MR „tunel“)
• kvalita zobrazení (poměr signál/šum roste s B0)
• pořizovací náklady
Kurz MRI Jaroslav Tintěra: Hardware MR tomografu
Vývoj technologie MR tomografů
80. léta: vývoj celotělových supravodivých magnetů-> kvalita obrazů
-> pacientský komfort
Současný trend: - vysoká pole- krátký magnet- široká díra (70 cm)
Kurz MRI Jaroslav Tintěra: Hardware MR tomografu
Roste signál (zvyšuje se Signál / Šum) Roste T1 Roste podíl efektů susceptibility (BOLD, ztráty signálu, off-resonance efekty) Roste SAR (RF energie roste kvadraticky!!!) Klesá homogenita obrazu (dielektrická rezonance) Klesá T2* Roste hluk gradientů Roste cena
Zvyšování pole B: výhody a potíže
Kurz MRI Jaroslav Tintěra: Hardware MR tomografu
Výhody 3 T
3T1,5T
Kurz MRI Jaroslav Tintěra: Hardware MR tomografu
Vyrovnávací (korekční) cívkyShim coils
• k čemu slouží?– ke korekci nehomogenit statického magnetického pole B0
• k čemu je nám to dobré?– pro kvalitní MR zobrazení potřebujeme co nejdokonaleji
homogenní magnetické pole• co se stane, když ho nemáme?
– dochází ke geometrickému zkreslení obrazu– ztrácíme signál díky odchylkám od ideální Larmorovy frekvence – T2 relaxace je zkreslována směrem k T2*– nefunguje správně spektroskopie, saturace tuku (FatSat), EPI...
Kurz MRI Jaroslav Tintěra: Hardware MR tomografu
zpět na schéma
Gradientnísystém
• gradient magnetického pole– přidáním ke statickému poli B0 se pole lineárně mění
• k čemu je to dobré?– aby vodíková jádra precedovala v různých částech těla s
různou frekvencí, tedy aby se Larmorova frekvence lišila podle polohy ve vyšetřovaném objektu
Larmorova frekvence lokálně L = . [B0+Bg(x)]
– umožní nám to prostorově lokalizovat zdroj signálu
Kurz MRI Jaroslav Tintěra: Hardware MR tomografu
Gradientní systémoblast linearity
vyšetřovací oblast
2 zásadní parametry gradientního systému:1) Maximální amplituda (mT/m)2) Slew-rate (mT/m/ms)
Kurz MRI Jaroslav Tintěra: Hardware MR tomografu
Gradientní systém
zodpovídá za maximální dosažitelné prostorové rozlišeníobvyklé hodnoty 20-35 mT/m, špičkové až 80 mT/m
Maximální amplituda
rychlost náběhu gradientu zodpovídá za rychlost měření a nejkratší dosažitelné TE (TR) ...obvyklé hodnoty 80-120 mT/m/ms, špičkové až 200 mT/m/ms
Slew-rate
Nejlepší kritérium hodnocení výkonugradientního systému je: Gmax x Slew-rate
Kurz MRI Jaroslav Tintěra: Hardware MR tomografu
zpět na schéma
RF systém
RF vysílač
(digitální)
RF přijímač
(digitální)
Systém je naladěn na Larmorovu frekvencitedy přibližně v oblasti VKV rádia
vysílacíRF cívka
přijímacíRF cívka
Kurz MRI Jaroslav Tintěra: Hardware MR tomografu
RF cívky
Kurz MRI Jaroslav Tintěra: Hardware MR tomografu
• Typy RF cívek– celotělové (body coil) ... vysílací a přijímací (transmit &
receive)
– povrchové (surface coil) ... většinou přijímací• tím že jsou blíže vyšetřovanému objektu, dávají lepší signál
• anatomicky dedikované: hlavová, končetinová, ramenní, prsní, krční, ...
– multi-segmentové cívky (array coil)
... několik povrchových cívek v jednom systému• velmi kvalitní signál i u rozsáhlých vyšetřovaných oblastí
• umožňují použít paralelní akviziční techniky
RF cívky
Kurz MRI Jaroslav Tintěra: Hardware MR tomografu
Array coils
S počtem cívek (elementů) roste S / Ša rozšiřuje se možnost využití paralelní techniky(můžeme vypustit více dat = zvýšit „akcelerační faktor“)
S/Š roste, ale i nehomogenita obrazu
Kurz MRI Jaroslav Tintěra: Hardware MR tomografu
Koncepce „Total Imaging Matrix“
Kurz MRI Jaroslav Tintěra: Hardware MR tomografu
Kurz MRI Jaroslav Tintěra: Hardware MR tomografu
Multi-kanálovéRF cívky
Kurz MRI Jaroslav Tintěra: Hardware MR tomografu
Kanálů přibývá a přibývá ...
8 nebo 12 kanálováhlavová cívka
Multi-transmit: adaptivní sklápěcí úhel
Na vyšších polích (od 3T) se významně uplatňuje efekt RF nehomogenity
Pomocí několika (2-4) transmisních cívek je možné upravit prostorovou distribuci sklápěcího úhlu tak, aby obraz byl maximálně homogenní
Multi-transmit umožňuje také snížit SAR!
3T
Kurz MRI Jaroslav Tintěra: Hardware MR tomografu
Multi-transmit: Tx True Form
Kurz MRI Jaroslav Tintěra: Hardware MR tomografu
konvenční Tx systém
2-kanálový Tx systém
Multi-transmit: Tx True Shape
Kurz MRI Jaroslav Tintěra: Hardware MR tomografu
B1 shim:potlačení nehomogenity obrazu
Libovolný tvar RF pulzu:excitace malých oblastí
Příjímací i vysílací multi-kanály
16-kanálovýtransmit
31-kanálovýreceive
9,4 T
Kurz MRI Jaroslav Tintěra: Hardware MR tomografu
Kurz MRI Jaroslav Tintěra: Hardware MR tomografu
Současné trendy Nárůst podílu vysokých magnetický polí (3T)
Velký otvor (70 cm) kompromisní homogenita klinika Menší otvor (60 cm) excelentní homogenita výzkum
Výkon gradientů podle konkrétní potřeby„True form“ fyziologická optimalizace klinika Extrémní hodnoty optimální pro DWI výzkum
Počet paralelních přjímacích kanálů rosteDigitalizace signálu hned na cívce roste S/ŠOptimalizace počtu segmentů array cívek
Multi-kanálový transmit Ideální tvar RF pulzů 2D excitace malé FOV
zpět na schéma
konec