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 Suljetut/avoimet 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 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 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 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 Aktiivinen shimmaus (”autoshim”) 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... (C) Jukka Jauhiainen 2001