Jaroslav Tintěra MR kurz 2013 Hardware MR tomografu Jaroslav Tintěra MR kurz 2013

MR systém gradientní systém RF systém Kurz MRI Jaroslav Tintěra: Hardware MR tomografu

Tomograf MR Magnet: 1,5 T, 3 T, 7 T Gradienty: až 300 mT/m RF systém: Desítky paralelních přijímacích kanálů Body RF cívka (transmisní) head RF cívka (přijímací) array RF cívky (přijímací) pacientské lůžko gradientní cívky X, Y, Z supravodivý magnet Roste zastoupení vysokých polí výkon gradientů počty RF kanálů Kurz MRI Jaroslav Tintěra: Hardware MR tomografu

Statické magnetické pole s maximální homogenitou: Typy magnetů Statické magnetické pole s maximální homogenitou: 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 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

Zvyšování pole B: výhody a potíže 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 Kurz MRI Jaroslav Tintěra: Hardware MR tomografu

Výhody 3 T 1,5T 3T Kurz MRI Jaroslav Tintěra: Hardware MR tomografu

Vyrovnávací (korekční) cívky Shim 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... zpět na schéma Kurz MRI Jaroslav Tintěra: Hardware MR tomografu

Gradientní systém 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 systém 2 zásadní parametry gradientního systému: oblast 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 Maximální amplituda Slew-rate zodpovídá za maximální dosažitelné prostorové rozlišení obvyklé hodnoty 20-35 mT/m, špičkové až 80 mT/m Slew-rate 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 Nejlepší kritérium hodnocení výkonu gradientního systému je: Gmax x Slew-rate zpět na schéma Kurz MRI Jaroslav Tintěra: Hardware MR tomografu

RF systém RF vysílač (digitální) RF přijímač (digitální) vysílací RF cívka RF vysílač (digitální) RF přijímač (digitální) přijímací RF cívka Systém je naladěn na Larmorovu frekvenci tedy přibližně v oblasti VKV rádia Kurz MRI Jaroslav Tintěra: Hardware MR tomografu

RF cívky Kurz MRI Jaroslav Tintěra: Hardware MR tomografu

RF cívky 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 Kurz MRI Jaroslav Tintěra: Hardware MR tomografu

Array coils S/Š roste, ale i nehomogenita obrazu S počtem cívek (elementů) roste S / Š a rozšiřuje se možnost využití paralelní techniky (můžeme vypustit více dat = zvýšit „akcelerační faktor“) Kurz MRI Jaroslav Tintěra: Hardware MR tomografu

Koncepce „Total Imaging Matrix“ Kurz MRI Jaroslav Tintěra: Hardware MR tomografu

Multi-kanálové RF cívky Kurz MRI Jaroslav Tintěra: Hardware MR tomografu

Kanálů přibývá a přibývá ... 8 nebo 12 kanálová hlavová cívka Kurz MRI Jaroslav Tintěra: Hardware MR tomografu

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 konvenční Tx systém 2-kanálový Tx systém Kurz MRI Jaroslav Tintěra: Hardware MR tomografu

Multi-transmit: Tx True Shape B1 shim: potlačení nehomogenity obrazu Libovolný tvar RF pulzu: excitace malých oblastí Kurz MRI Jaroslav Tintěra: Hardware MR tomografu

Příjímací i vysílací multi-kanály 16-kanálový transmit 31-kanálový receive Kurz MRI Jaroslav Tintěra: Hardware MR tomografu

Současné trendy konec 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 roste Digitalizace signálu hned na cívce  roste S/Š Optimalizace počtu segmentů array cívek Multi-kanálový transmit Ideální tvar RF pulzů  2D excitace  malé FOV zpět na schéma Kurz MRI Jaroslav Tintěra: Hardware MR tomografu