CT/MRI képalkotás alapjai Prof. Bogner Péter
CT - computed tomography Godfrey N. Hounsfield Allan M. Cormack The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1979
MRI - magnetic resonance imaging Sir Peter Mansfield Paul C. Lauterbur The Nobel Prize in Medicine 2003
Szummáció
Radiográfia (rtg-képalkotás) korlátai szuperpozíció z-irányú szeletvastagság! sugárgyengítés/attenuáció megítélése (pl. homogén, de nem egyenletesen vastag objektum) szöveti kontraszt érzékenység: ~ 10%
A megoldás: computer tomográfia minimális szuperpozíció szöveti kontraszt lényegesen javul szövetek tipizálása (HU érték)
computer tomográfia - CT
CT alapelv attenuációs koefficiens rekonstrukciós algoritmusok CT szám Hounsfield érték
CT kép eleme: voxel mezőméret - FOV képmatrix szeletvastagság
A tér befogása detektorok szeletszám : 16,32,64,128,256,384
Szeletvastagság kollimáció detektor beállítás Detektor konfiguráció
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
elektron denzitás fizikai sűrűség rtg sugár attenuáció
Ablakolás
Ablakolás
HU (CT) denzitás
CT kontrasztanyagok Per os jód- v. bárium-tartalmú Intravénás jódtartalmú, nem-ionos Injektor volumen, időzítés, flow (ml/s) Szövődmények, kontraindikációk
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
izotróp voxel rekonstrukció
cardioct
virtuális endoszkópia
CT angiográfia
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
Damadian R: Tumor detection by nuclear magnetic resonance. Science 1971, 171:1151-3.
Larmor egyenlet ω=γxb 0
Gerjesztés
A jel detektálása
A jel detektálása
Relaxáció a z irányba: T1
Relaxáció az x-y síkban: T2
spin echo (SE) pulzus szekvencia
szekvencia paraméterek TR 90º TE TR: time to repeat, repetíciós idő TE: time to echo, echo idő
Képalkotás feltétele: térbeli lokalizáció
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.
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)
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
Frekvencia kódolás Az echo/jel kiolvasás során történik a jel frekvenciák a lokalizációjuk szerint módosulnak
Frekvencia kódolás Fourier transzformáció alkalmazásával a jel felbontható frekvencia komponenseire
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.
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
spin echo szekvencia grádiens időzítése
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
MR safety! MR biztonság!!
Tekercsek (antennák)
MR safety! MR biztonság!!
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
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..
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
T1 súlyozott
T2 súlyozott
FLAIR és T2 súlyozott
Myelinisatio T1 súlyozott
T2 súlyozott submiliméter szeletvastagság
Inversion Recovery TR = 2000 ms TI (ms) 50 100 250 500 750
1.5T vs. 3T
T2 súlyozott és diffúzió súlyozott
Pre- és postkontraszt T1 súlyozott Fémműtermék a szájüregben!
Zsír elnyomás fat suppression
Késői halmozás technika - infarctus
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
MR képvezérelt műtét
Magzati képalkotás