Fys-Kjm 4740 MR-teori og medisinsk diagnostikk Magnettomografi-del Introduksjon
description
Transcript of Fys-Kjm 4740 MR-teori og medisinsk diagnostikk Magnettomografi-del Introduksjon
Fys-Kjm 4740MR-teori og medisinsk diagnostikk
Magnettomografi-del
Introduksjon
Kjell-Inge Gjesdal, Sunnmøre [email protected]
992 58 921
UIO Fys-Kjm 4740
Litteratur og undervisningsmateriale:
- ”Magnetic Resonance Imaging” Theory and Pratice
Marinus T. Vlaadingerbroek Jacques A. den Boer
- Forelesningsnotater primært i form av powerpoint presentasjoner
- Labpresentasjoner og øvelser
UIO Fys-Kjm 4740
Teori del:
- Målsetning og motivasjon for kurset- Noen få medisinske uttrykk- MR-fysikerens oppgaver- Historikk- Hardware oversikt- MRI maskinens muligheter- MRI ”light”- Kapitel 1-7 i Vlaardingerbroek
UIO Fys-Kjm 4740
UIO Fys-Kjm 4740
Målsetting og motivasjon
Målsetting og motivasjon
- Utvide kurstilbudet ved Fysisk og Kjemisk institutt
- Skape interesse for både hovedfags studier og
doktorgrads studier - Legge grunnlag for flere MR fysikere på norske
sykehus- Legge grunnlaget for rekruttering til industri- Legge grunnlaget for rekruttering til forsknings
institusjoner
- Tilby kurs for profesjonelle helsearbeidere
UIO Fys-Kjm 4740
Målsetting og motivasjon
UIO Fys-Kjm 4740
UIO Fys-Kjm 4740
Noen få medisinske uttrykk
Noen få medisinske uttrykk
UIO Fys-Kjm 4740
• Nevrologi: Hode og rygg (nervebaner)• Kardiologi: Hjerte• Thorax: Brystområdet (hjerte, lunge)• Ortopedi: Muskler, skjelett, ledd• Gastrologi: Organer i magen (lever, nyrer, bukspyttkjertel, milt) og tarm• Nefrologi: Nyrestudier• Angiografi: Fremstilling av blodårer• Gynokologi: Kvinnens underliv• Urologi: Mannens underliv (blære, prostata
Noen få medisinske uttrykk
UIO Fys-Kjm 4740
• Radiolog: Lege spesialist i røntgenfaget. Tolker bilde- materialet.
• Radiograf: Utfører avbildningene. 3års fagutdanning
• Coronalt
Noen få medisinske uttrykk
UIO Fys-Kjm 4740
• Axal eller transversal
• Sagital
• Oblique: Dreid snitt i et plan
• Dobbel Oblique: Dreid snitt i to plan
Noen få medisinske uttrykk
UIO Fys-Kjm 4740
Thorakal 12 virvler
Lumbal 5 virvler
Cervical 7 virvler
Sacralt 5 virvler
UIO Fys-Kjm 4740
MR-fysikerens oppgaver
- Rådgiver ved innkjøp av nytt utstyr og oppgradering av
gammelt
- Innsikt/kunnskap i maskinens parameter valgmuligheter
- Optimaliserer undersøkelsesprotokoller
- Oversikt over teknologiutviklingen
- Primærleverandør av protokollforslag i forskning og klinikk
- Drive egenforskning og delta i forsknings team
- Teknisk og fysisk kvalitetskontrollør
Arbeids oppgaver:
MR-fysikerens oppgaver
UIO Fys-Kjm 4740
- Primær vurderer/underviser når det gjelder sikkerhets-
aspekter ved bruk av MR.
- Drive postprosessering av bilde data
- Teoretisk innsikt og forståelse
- Analyser MRS spekter
- Forklare bilde artefakt
- Underviser ved lokale og nasjonale MR-kurs
Arbeids oppgaver:
UIO Fys-Kjm 4740
MR-fysikerens oppgaver
Innkjøp:
• Vurdere innholdet av de ulike leverandørers software pakker
• Vurdere maskinenes hardware performance
• Evaluere firmaet service avtale og service kvalitet
• Få informasjon om leverandørs vilje til å gi tilgang til kilde- koder og programmerings verktøy
UIO Fys-Kjm 4740
MR-fysikerens oppgaver
UIO Fys-Kjm 4740
MR-fysikerens oppgaver
Parameter innsikt:
UIO Fys-Kjm 4740
MR-fysikerens oppgaver
Sekvens innsikt:
UIO Fys-Kjm 4740
MR-fysikerens oppgaver
Sekvens manipulering:
UIO Fys-Kjm 4740
MR-fysikerens oppgaver
Sekvens manipulering:
UIO Fys-Kjm 4740
MR-fysikerens oppgaver
Sekvens/protokoll innsikt:
Bloch likninger
dMx
dt= (M B)x -
Mx
T2
dMy
dt= (M B)y -
My
T2
dMz
dt= (M B)z + M0 - Mz
T1
UIO Fys-Kjm 4740
MR-fysikerens oppgaver
Bloch simuleringer
UIO Fys-Kjm 4740
MR-fysikerens oppgaver
Bloch simuleringer
UIO Fys-Kjm 4740
MR-fysikerens oppgaver
Bloch simuleringer
UIO Fys-Kjm 4740
MR-fysikerens oppgaver
Sekvens/protokoll innsikt:
UIO Fys-Kjm 4740
MR-fysikerens oppgaver
Sikkerhet:
UIO Fys-Kjm 4740
MR-fysikerens oppgaver
Sikkerhet:
Post prosessering:
• Generere 3D modeller
• Beregne volum
• Generere parametriske bilder av perfusjons studier
• Fusjonere ulike modalitets data
• Estimere funksjons data
UIO Fys-Kjm 4740
MR-fysikerens oppgaver
UIO Fys-Kjm 4740
MR-fysikerens oppgaver
Post prosessering:
UIO Fys-Kjm 4740
MR-fysikerens oppgaver
Post prosessering:
Dynamisk opptak av kontrastmiddel
UIO Fys-Kjm 4740
MR-fysikerens oppgaver
Post prosessering:
Sig
nal
Time
UIO Fys-Kjm 4740
MR-fysikerens oppgaver
Post prosessering:
UIO Fys-Kjm 4740
Historikk
Historikk
Tumor deteksjon ved hjelp av NMR
“Spin echo nuclear magnetic resonance measurements may be used as a method for discriminating between malignant tumors and normal tissue. Measurements of spin-lattice (T1) and spin-spin (T2) magnetic relaxation times were made in six normal tissues in the rat (muscle, kidney, stomach intestine, brain and liver) and in two malignant solid tumors, Walkers sarcoma and Novikoff hepatoma. Relaxation times for the two malignant tumors were distinctly outside the range of values for the normal tissues studied.................”
Raymond DamadianScience 171:1151, 1971
UIO Fys-Kjm 4740
Raymond Damadian
UIO Fys-Kjm 4740
Tumor deteksjon ved hjelp av NMR
Muskel Lever Mage Tynntarm Nyrer Hjerne
T1 T2 T1 T2 T1
293 ms 52ms538 ms 55ms 270 ms
T1
257 ms
T1
480 ms
T1
595 ms
Walker sarkom Novikoff hepatoma
T1 T2
736 ms 100ms
T1 T2
826 ms 118ms
B0 = 0.561 Tesla
Historikk
UIO Fys-Kjm 4740
Historikk
Raymond Damadian
Damadian bygger på midten av 70-tallet den første helkropps skanner og tar i 1977det første MRI bildet av menneske kroppen.
UIO Fys-Kjm 4740
Historikk
Zeugmatografi
Image Formation by Induced Local Interactions: Examples EmployingNuclear Magnetic Resonance.
Paul Lauterbur Nature 242:190, 1973
Første MRI bilde
UIO Fys-Kjm 4740
Historikk
Zeugmatografi
I Lauterburs artikkel foreslås det for første gang å anvende magnetfelt gradienter kombinert med et homogent magnetfelt og radiopulser for å skape et NMR signal med romlig informasjon. Kombinasjonen av radiopulser og gradient felt kalte Lauterbur “Zeugmatografi”, fra gresk: “det som blir brukt for å bringe sammen”.
Paul Lauterbur
UIO Fys-Kjm 4740
Historikk
x
Sig
na
l
Bruk av magnetfelt gradientenmedfører at resonans frekvensener avhengig av posisjon (x). Vedå bruke flere projeksjoner (1-D)kan et 2-D bilde genereres.
UIO Fys-Kjm 4740
Historikk
Klassifisering av bildeteknikker
- Punkt måling
- Linje måling
- Plan måling
- Volum måling
UIO Fys-Kjm 4740
Historikk
Punkt måling
Et enkelt volum element blir eksitertog signalet fra dette elementet blirregistrert. For å danne et bilde må man eksitere alle elementene i etsnitt i sekvens.
UIO Fys-Kjm 4740
Historikk
Punkt måling
Hinshaw’ sensitve point method
x
Gradienter blir brukt i alle treplan simultant. Kun i skjærings-punktet mellom gradientfelteneoppnås resonans. Det eksitertevolumelement forandres ved atstyrken på gradientene forandres.
y
UIO Fys-Kjm 4740
Historikk
Punkt måling
Damadian’s Field Focusing NMR method (FONAR)
Salformetmagnetfelt
UIO Fys-Kjm 4740
Historikk
Linje måling
UIO Fys-Kjm 4740
Historikk
Mansfields Linje måling
x
gradient
RF-spekter
RF-spekter
UIO Fys-Kjm 4740
Historikk
Plan måling
Fourier imaging
En multifrekvens RF-puls anvendes i kombinasjon med en gradient.RF-pulsens frekvens spekter er tilpasset resonans betingelsene skaptav gradienten. NMR signalet som blir generert inneholder det samme antall frekvensersom den opprinnelige RF-pulsen. Ved hjelp av en Fourier transformasjonkan man omgjøre frekvens til posisjon.
UIO Fys-Kjm 4740
Historikk
Plan målingFourier imaging
f(x)
Sig
na
l
UIO Fys-Kjm 4740
Historikk
• 70-tallet brukes til å utvikle stadig mer effektive datainnsamlings og rekonstruksjons metoder
• I 1980 er den første skanner i daglig klinisk bruk ved universitetshospitalet i Aberdeen
• I 1979 publiserer Jim Hutchison i Aberdeen en metode som gir MR-signalet en kombinasjon av frekvens og fase informasjon. Rådata informasjonen konverteres ved hjelp av Fourier transformasjon til et MRI bildet. Metoden kalles ”spin-warp” imaging og blir standard avbildnings teknikk for alle scannere frem til i dag
UIO Fys-Kjm 4740
Historikk
Mark 1, Aberdeen 1980 -
UIO Fys-Kjm 4740
Historikk
Stavanger april 1986
UIO Fys-Kjm 4740
Historikk
Paul Lauterbur Peter Mansfield
Stockholm 2004
Nasjonalt:Offentlig og privat: Primært et nevrologi og ortopeditilbud
2005: 1maskin/52 000 innbyggere.
Nasjonal MR utbredelse
Antall
UIO Fys-Kjm 4740
Historikk
86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03 04 05 År
0
5
10
1
5
20
2
5
30
3
5
40
4
5
50
5 5
60
6
5
70
7
5
80
Internasjonal sammenligning
2000-tall (antall innbyggere/MR-enhet): Norge 111 000 Sverige 99 000 Danmark 167 000 Finland 99 000 Tyskland 72 000 Italia 128 000 Spania 115 000 England 189 000 Frankrike 330 000 Japan 37 000 USA 33 000
UIO Fys-Kjm 4740
Historikk/nåtid
UIO Fys-Kjm 4740
Hardware oversikt
RF kabinett
Gradientforsterkere
Shimkabinett
Magnet
Gradient spoler
RF spole
Shimspoler
Magnet oppbygningMagnet oppbygning
KontrastmuligheterCT: MR:
T1T2ProtontetthetDiffusjonPerfusjonTemperaturpHT2*FlowElastisitetMTCKontrastmiddelAtomnummerMolekylVevsundertrykking
15 ulike mekanismer
ElektrontetthetAtomnummer
2 ulike mekanismer
Muligheter/kompleksitet
UIO Fys-Kjm 4740
Teknisk kompleksitet (hode studium)
CT: MR:
15 protokoller12 parametervalg
322 protokoller60-80 parametervalg
Muligheter/kompleksitet
UIO Fys-Kjm 4740
Problem MR CT Ultralyd Rtg Akutt ? +++ + + Hode, svulst +++ ++ 0 0 Hode, blødning ++ +++ 0 0 Hjerneinfarkt +++ ++ 0 0 Blodårer, hode ++ ++ 0 +++ (angio) Blodårer, hals +++ +++ ++ +++ (angio) Hjerte ++ ++ + ++ (angio) Lunger ? +++ 0 + Lever +++ ++ + 0 Bukspyttkjertel ++ ++ + 0 Tarm (+) (+) (+) ++ Sentrale blodårer ++ ++ + +++ (angio) Perifere blodårer +++ (+) + ++ (angio) Muskler +++ (+) + 0 Skjelett, svulst +++ + 0 + Skjelett, brudd ++ ++ 0 ++ Ledd +++ ++ 0 ++ Nyrer, svulst ++ +++ ++ (+) Nyrer, funksjon +++ + + + Urinledere + + 0 ++ Rygg, prolaps +++ ++ 0 0 Rygg, skade + +++ 0 + Rygg, svulst +++ (+) 0 0 Kvinnelig bekken +++ + ++ 0 Mannlig bekken ++ (+) + 0
Vurdering av medisinsk bildediagnostikk: Dr.Med J.T. Geitung
+++Konkluderende
++Meget god
+Kan brukes
0Skal ikke brukes
MR beste metode
Muligheter
Hode
T1 vektet SE T2 vektet SE T1 vektet IR
Hode
Grå hjernesubstans Hvit hjernesubstans
Muligheter
Hode
- Diffusjon- Perfusjon- fMRI
Muligheter
Hode
Fasekontrast angiografi
Muligheter
Nakke/hals
T2 vektet cervical columna
Muligheter
Rygg
T1 og T2 vektet total columna
Muligheter
Abdomen
3D fremstilling av aorta og urinlederne
Muligheter
Nakke/hals
Angiofremstilling avhalskar
Muligheter
Rygg
Fremstilling av nerverøtterVed hjelp av fettsuppresjon
Muligheter
Thorax
Fremstilling av blodårer i Thorax
Muligheter
Thorax
3D fremstilling av blodårer i Thorax
Muligheter
Hjerte
Muligheter
Abdomen
Ulike kontrastvektinger gjennom abdomen
Muligheter
Abdomen
Fremstilling av tykktarm og tynntarm
Muligheter
Abdomen
Fremstilling av aorta og nyrearteriene
Muligheter
Abdomen
Fremstilling av aorta og urinlederne
Muligheter
Abdomen
Avbildning av foster
Muligheter
Ledd
Kneledd med vannseleksjons Fotledd med fettsuppresjon
Muligheter
Micro
Finger Øyepatologi
Muligheter
Macro
Helkropps MR, T2 og T1vektet
Muligheter
Macro
Underekstremitets angiografi
Muligheter