MRI-perusteet, OSA 2 Kuvauslaite
-
Upload
myrilla-favian -
Category
Documents
-
view
97 -
download
1
description
Transcript of MRI-perusteet, OSA 2 Kuvauslaite
(C) Jukka Jauhiainen 2001
MRI-perusteet, OSA 2 Kuvauslaite
Jukka Jauhiainen
Oulun seudun ammattikorkeakoulu
Tekniikan yksikkö
(C) Jukka Jauhiainen 2001
Magneettikuvauslaitte kaavakuvana
(C) Jukka Jauhiainen 2001
Laitteiden jaottelu
• Matalakenttä/korkeakenttälaitteet– Matalakenttä B0 < 1,0 T
– Korkeakenttä B0 > 1,0 T
– Suurimmat kentät 3 T
• Suljetut/avoimet– Suljetut yleensä korkeakenttälaitteita– Avoimia käytetään lähinnä interventioissa
(C) Jukka Jauhiainen 2001
Korkeakenttälaite
(C) Jukka Jauhiainen 2001
Avomagneetti (Picker Proview)
(C) Jukka Jauhiainen 2001
Periaatteellinen rakenne ja B0-kentän suunta
(C) Jukka Jauhiainen 2001
Magneettivuon tiheys
• Magneettikentän kenttäviivat ovat suljettuja ympyröitä.
• Kenttäviivojen suunta on etelänavalta (S) pohjoisnavalle (N)
• Magneettivuon tiheys kuvaa sitä, kuinka paljon kenttäviivoja kulkee tietyn pinnan läpi, yksikkö Tesla (T)
(C) Jukka Jauhiainen 2001
Suljetun laitteen ominaisuuksia
• Homogeeninen magneettikenttä
• Päästään suurempiin kenttävoimakkuuksiin
• Mahdollistaa nopean kuvantamisen (EPI)
• Edistykselliset kuvausmenetelmät– MRA, fMRI, DWI, PWI, MRS
• Potilas ”piilossa” putkessa
(C) Jukka Jauhiainen 2001
Avomagneetin ominaisuuksia• Matala kenttävoimakkuus
• Epähomogeenisempi kenttä
• Huonompi kuvanlaatu
• Rasvasuppressio vaikeaa (pieni kemiallinen siirtymä)
• Soveltuu lapsille ja klaustrofobisille
• Mahdollistaa pääsyn potilaaseen kuvauksen aikana (leikkaukset, interventiot)
(C) Jukka Jauhiainen 2001
B0-kenttä voidaan tehdä kolmella menetelmällä
• Kestomagneetit
• Resistiiviset sähkömagneetit
• Suprajohtavat sähkömagneetit
(C) Jukka Jauhiainen 2001
Kestomagneetit
• Muodostuu useasta kerroksesta ferromagneettisia lohkoja
• Valmis komponentti magnetisoidaan käyttäen voimakasta sähkömagneettia
• Kentän voimakkuus max. 0,3 T
• ERITTÄIN paivava (7 - 12 tn)
(C) Jukka Jauhiainen 2001
Kestomagneetin edut ja haitat
• Etuja– Alhaiset tuotanto- ja käyttökustannukset– Pieni hajakenttä
• Haittoja– Matalakenttälaite– Erittäin painava
(C) Jukka Jauhiainen 2001
Resistiiviset sähkömagneetit• Muodostuvat useista johdinkeloista eli
käämeistä
• Joko rauta- tai ilmasydämisiä
• Rautasydämellä saadaan vahvistettua ja suunnattua B0-kenttää
• Ilmasydämiset keveitä, mutta kentän ylläpito vaatii enemmän energiaa
• Kentän voimakkuus max. 0,2 T
(C) Jukka Jauhiainen 2001
Rautasydämisen etuja ja haittoja
• Etuja
– Alhaiset tuotantokustannukset
– Helppo kelojen huolto
– Pieni hajakenttä
– Voidaan kytkeä pois päältä
• Haittoja
– Suuri energian kulutus
– Tarvitsee vesijäähdytyksen
– Kenttä saattaa olla epästabiili
(C) Jukka Jauhiainen 2001
Ilmasydämisen etuja ja haittoja
• Etuja– Alhaiset tuotantokustannukset– Helppo kelojen huolto– Voidaan kytkeä pois päältä
• Haittoja– Suuri hajakenttä– Suuri energian kulutus– Tarvitsee vesijäähdytyksen
(C) Jukka Jauhiainen 2001
Suprajohtavat sähkömagneetit
• Kaikissa korkeakenttälaitteissa
• Kentän muodostaa johdinkeloissa kulkeva virta
• Kelat valmistettu niobi-titaani-seoksesta, joka muuttuu suprajohtavaksi alle 9,5 K:n lämpötiloissa
• Suprajohteessa sähkövirta kulkee ilman sähkövastusta
(C) Jukka Jauhiainen 2001
Suprajohtavat magneetit II
• Kelojen ympärillä on nestemäistä heliumia, joka pitää lämpötilan riittävän alhaalla
• Kerran keloihin ajettu virta kiertää siellä käytännössä ”ikuisesti” ilman että sinne tarvitsee syöttää lisää virtaa.
(C) Jukka Jauhiainen 2001
Etuja ja haittoja• Etuja
– Korkea kenttävoimakkuus
– Hyvä kentän homogeenisuus
– Pieni tehonkulutus
– Hyvä signaali-kohinasuhde
– Nopeus
• Haittoja– Korkeat valmistuskustannukset
– Jäähdytys vaivalloista
– Tietyt kuvausvirheet korostuvat korkeassa kentässä
(C) Jukka Jauhiainen 2001
Shimmaus
• Operaatio, jolla parannetaan magneettikentän homogeenisuutta
• Oltava < 5 ppm
• Passiivinen
– Kenttä muokataan sopivasti sijoitetuilla raudanpalasilla
• Aktiivinen– Putkessa on joukko (esim. 30) ns. shimmauskeloja.
– Tietokone säätää automaattisesti niiden virtaa kuvauksen aikana
(C) Jukka Jauhiainen 2001
Gradienttikelat
• Kuvan paikkakoodaaminen vaatii, että jokaisessa kuvan vokselissa on hieman eri kenttä
• Muutokset staattiseen B0-kenttään tehdään gradienttikelojen avulla.
• Ominaisuuksia
– Lineaarisuus,
– Jyrkkyys (mT/m)
– Nousuaika eli slew rate (mT/m/ms)
(C) Jukka Jauhiainen 2001
Gradienttikentän synnyttäminen
(C) Jukka Jauhiainen 2001
Todellinen x-gradienttikela
(C) Jukka Jauhiainen 2001
Pyörrevirrat
• Muuttuva magneettikenttä indusoi johteeseen muutosta vastustavan virran
• Gradienttikentät aiheuttavat myös potilaan sisälle sähkövirran !
• Kuvaustilanteessa on varmistettava, ettei kelojen johtoihin synny silmukoita
• Kaikki metalliesineet poistettava potilaalta
• Potilasta, jolla on metallia elimistössään EI SAA KUVATA !
(C) Jukka Jauhiainen 2001
B1-kenttä
• B1-kentällä tehdään protonien viritys
• Kenttä värähtelee protonien resonanssitaajuudella, joka riippuu kenttävoimakkuudesta (9 - 85 MHz)
• Osat– RF-lähetin– RF-vastaanotin– Kuvauskelat
(C) Jukka Jauhiainen 2001
RF-lähetin
• Taajuusgeneraattori, jonka taajuutta voidaan säätää resonanssitaajuuden ympärillä
• Nykyään käytetään digitaalista taajuussynteesiä• Resonanssitaajuinen signaali moduloidaan sinc-
funktiolla• Moduloitu signaali viedään RF-tehovahvistimelle• Sieltä edelleen RF-lähetyskelalle
(C) Jukka Jauhiainen 2001
RF-vastaanotin
• Mittaa magnetoitumavektorin indusoimaa virtaa vastaanotinkelassa
• Vastaanotettu RF-teho on noin yksi miljardisosa lähetystehosta !
• Vastaanotin- ja lähetinkelat voivat olla rakennettu samaan kelaan (pääkela) tai ne voivat olla erillisiä (pintakela)
(C) Jukka Jauhiainen 2001
RF-vastaanotin
RF-kela
Esivahvistin
Suodatus ja demodulointi
Näytteistys digitaaliseksi
Talletus tietokoneen muistiin
(C) Jukka Jauhiainen 2001
Vastaanotinkelat
• Kerää varsinaisen MR-signaalin kohteesta !
• Käytännön työssä magneettihoitaja valitsee kuvauskohteen mukaan sopivan vastaanotinkelan
• AINOA tässä esitelmässä esille tuleva värkki, jonka toiminta on todella hyödyllistä ymmärtää :)
(C) Jukka Jauhiainen 2001
Vartalokela (body coil)
• Käytetään lähinnä kohteen paikannuskuvaukseen (localizer)
• Laaja kuva-ala
• Huono signaali-kohinasuhde
• Rakennettu laitteen sisään, ei näy ulospäin
• Pystyy sekä lähettämään että vastaanottamaan
(C) Jukka Jauhiainen 2001
Pintakela (surface coil)
• Yksinkertaisimmillaan pelkkä virtasilmukka
• Voi olla käännetty satulan muotoon– Polvi- ja olkapääkelat
• Asetetaan kuvattavan kohteen päälle
• Herkkyys pienenee nopeasti kun etäisyys kohteen pinnalta kasvaa
• Ainoastaan vastaanotto (lähettimenä esim. vartalokela)
(C) Jukka Jauhiainen 2001
Polvikelan asettelu
(C) Jukka Jauhiainen 2001
Tilavuuskelat (volume coils)
• Kerää signaalin tilavuudesta, joka jää useamman kelan sisäpuolelle
• Ehdottomasti yleisin on pääkela
• Sekä lähetys että vastaanotto
• Erinomainen signaali-kohinasuhde
(C) Jukka Jauhiainen 2001
Pääkela ...
(C) Jukka Jauhiainen 2001
Signaali-kohinasuhde
• Yleinen periaate: Signaali-kohinasuhde on sitä parempi, mitä pienempi on vastaanotinkelan pinta-ala
• Pienet pintakelat tuottavat parhaan signaalin, mutta vain hyvin rajalliselta alueelta.
• Isot kelat keräävät laajemmalta alueelta kohinaisempaa kamaa
(C) Jukka Jauhiainen 2001
Phased-array-kelat
• Ideana on liittää yhteen monta pientä pintakelaa
• Voidaan kerätä laajalta alueelta voimakas signaali !
• Kunkin erillisen kelan keräämä signaali viedään erillisiin RF-vastaanotinkanaviin
• Kanavien signaalit yhdistetään tietokoneella yhdeksi kuvaksi
• Tyypillinen sovellus on selkäkela
• Ei (yleensä) voida käyttää EPI:n kanssa
(C) Jukka Jauhiainen 2001
Phased-array kela
(C) Jukka Jauhiainen 2001
Kuvauksen valmistelu
• Kun potilas on putkessa ja oikea kela valittuna, magneettihoitaja käynnistää varsinaisen kuvauksen
• PRESCAN säätää mm.
– Resonanssitaajuuden kohdalleen
– RF-lähettimen lähetystehon
– RF-vastaanottimen vahvistuksen
– Aktiivinen shimmaus (”autoshim”)• Nyt ollaankin valmiita aloittamaan itse kuvaus...