CT/MRI képalkotás alapjai. Prof. Bogner Péter

Átírás

1 CT/MRI képalkotás alapjai Prof. Bogner Péter

2 CT - computed tomography Godfrey N. Hounsfield Allan M. Cormack The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1979

3 MRI - magnetic resonance imaging Sir Peter Mansfield Paul C. Lauterbur The Nobel Prize in Medicine 2003

4 Szummáció

5 Radiográfia (rtg-képalkotás) korlátai szuperpozíció z-irányú szeletvastagság! sugárgyengítés/attenuáció megítélése (pl. homogén, de nem egyenletesen vastag objektum) szöveti kontraszt érzékenység: ~ 10%

6 A megoldás: computer tomográfia minimális szuperpozíció szöveti kontraszt lényegesen javul szövetek tipizálása (HU érték)

7 computer tomográfia - CT

8

9 CT alapelv attenuációs koefficiens rekonstrukciós algoritmusok CT szám Hounsfield érték

10 CT kép eleme: voxel mezőméret - FOV képmatrix szeletvastagság

11 A tér befogása detektorok szeletszám : 16,32,64,128,256,384

12 Szeletvastagság kollimáció detektor beállítás Detektor konfiguráció

13 CT kontraszt fizikai ill. elektron denzitás 1 HU megfelel 0.1%-os attenuációs változásnak 4 HU már megkülönböztethető 0,008 g/cm 3 Pl. a fehérállomány és fehérállományi ödéma között: 2.6 HU 1 %-os víztartalom változás

14 elektron denzitás fizikai sűrűség rtg sugár attenuáció

15 Ablakolás

16 Ablakolás

17 HU (CT) denzitás

18 CT kontrasztanyagok Per os jód- v. bárium-tartalmú Intravénás jódtartalmú, nem-ionos Injektor volumen, időzítés, flow (ml/s) Szövődmények, kontraindikációk

19

20 CT módszerek struktúrális képalkotás pre- és posztkontraszt (esetleg többfázisú) CT angiográfia, perfúziós CT neuro, orbita, orrmelléküregek, nyaki lágyrész, mellkas, has-kismedence, trauma-sürgősségi, staging, sugárterápia-, műtéti-tervezés, cardio, virtualis colonoscopia

21 izotróp voxel rekonstrukció

22 cardioct

23 virtuális endoszkópia

24 CT angiográfia

25 A modern CT képalkotás jellemzői izotróp voxel hatékony rekonstrukció bármely síkban magas szöveti kontraszt (spektrális CT!) jó időbeli felbontóképesség térfogat akvizíció - jó térbeli felbontóképesség alacsony sugárterhelés - low dose CT

26 Damadian R: Tumor detection by nuclear magnetic resonance. Science 1971, 171:

27

28

29

30 Larmor egyenlet ω=γxb 0

31 Gerjesztés

32 A jel detektálása

33 A jel detektálása

34 Relaxáció a z irányba: T1

35 Relaxáció az x-y síkban: T2

36 spin echo (SE) pulzus szekvencia

37 szekvencia paraméterek TR 90º TE TR: time to repeat, repetíciós idő TE: time to echo, echo idő

38 Képalkotás feltétele: térbeli lokalizáció

39 Mágneses grádiens A mágneses grádiens térben változó mágneses mezőt jelent, ill. a fő (B 0 ) mágneses mezőt módosítjuk A tér eltérő pontjain a rezonancia frekvencia különbözni fog - ω=γxb 0 ω=γxb 1.

40 Térbeli kódolás A térbeli kódolás az időben történik meg a mérés során mágneses grádiensek segítségével 1. Szelet kiválasztás (z) 2. Frekvencia kódolás (x) 3. Fázis kódolás (y)

41 Szelet kiválasztás A Larmor összefüggés szerint : ω 0 =γb 0 Az RF pulzus központi frekvenciája határozza meg, hogy milyen lokalizációban történik a gerjesztés A különböző szeletek lokalizálása a frekvencia módosításával érhető el A szelet síkján kívül eső spinek nem gerjesztődnek, ezért jelet sem bocsájtanak ki

42 Frekvencia kódolás Az echo/jel kiolvasás során történik a jel frekvenciák a lokalizációjuk szerint módosulnak

43 Frekvencia kódolás Fourier transzformáció alkalmazásával a jel felbontható frekvencia komponenseire

44 Fázis kódolás A fázis kódoló irányban a mérések (pl. 128, 256, stb.) során különböző mértékű fáziseltolódás jön létre, mely később egy pszeudo-frekvenciát ad. A fázis kódoló lépések száma adja meg az MR kép sorainak számát.

45 Kép számolása - képalkotás Fourier transform k y k x k-space image space Az adatok az ún. k-térben gyűlnek (Fourier/frekvencia tartomány) A grádiensek (x,y) az adatgyűjtés során a k-tér lokalizációt befolyásolják A kép a különböző frekvenciájú jelek Fourier tarnszformáltja

46 spin echo szekvencia grádiens időzítése

47 Mágnes típusok Permanens: állandó mágnes komponensek által szolgáltatott függőleges orientációjú B0 mező Rezisztív: áramjárta vezetővel létrehozott, függőleges vagy vízszintes orientációjú B0 mező Szupravezető: folyékony He hőmérsékletű szupravezető tekerccsel létrehozott, vízszintes orientációjú B0 mező

48

49

50 MR safety! MR biztonság!!

51 Tekercsek (antennák)

52 MR safety! MR biztonság!!

53 Kontraszt típusok, metodikák T1 súlyozott pre- és poszt-kontraszt T2 súlyozott T1/T2 kevert Zsír- és víz-elnyomás (pl. FLAIR, STIR, Dixon ) Diffúzió súlyozott (DWI, DTI) Szuszceptibilitás súlyozott T2* (SWI, fmri) Áramlás súlyozott MR angiográfia (TOF, PC, 3D CE) in vivo spektroszkópia

54 MR kontraszt tényezők 1. víztartalom Relaxation rate is directly proportional to water content 2. gátolt vízmozgás Originates from the interaction of water and macromolecules. This phenomenon is common in pathologic tissues. 3. Makromolekuláris mozgás It also influences water motion. Other parameters might also be important, like ph, ion concentration, polimerisation of macromolecules, etc. 4. lipid tartalom Hidrophobic lipids membranes 5. paramagnetikus ionok Primarily paramagnetic iron; contrast agents..

55 MRI felhasználási terület anatómia képlet szerint betegség szerint állapot szerint klinikai protokoll szerint egy-akvizíciós mérés multi-akvizíciós mérés kombinált protokollok dinamikus neuro nyaki lágyrész mellkas cardio gastrointestinalis kismedence urogenitalis musculoskeletalis gyerek

56 T1 súlyozott

57 T2 súlyozott

58 FLAIR és T2 súlyozott

59 Myelinisatio T1 súlyozott

60 T2 súlyozott submiliméter szeletvastagság

61 Inversion Recovery TR = 2000 ms TI (ms)

62 1.5T vs. 3T

63 T2 súlyozott és diffúzió súlyozott

64

65 Pre- és postkontraszt T1 súlyozott Fémműtermék a szájüregben!

66 Zsír elnyomás fat suppression

67 Késői halmozás technika - infarctus

68 in vivo MR spektroszkópia N-acetyl aspartate -2 ppm Neural density, viability Creatinine, P-creatinine -3 ppm aerob metabolism, gray matter Choline -3,2 ppm cell membrane metabolism Lactate -1,33 ppm hypoxia Mobile lipids -1,3 ppm necrosis Myoinositol glia marker Cho Creat NAA

69 MR képvezérelt műtét

70 Magzati képalkotás