MRI-perusteet, OSA 4: Perussekvenssit, kuvan kontrasti Jukka Jauhiainen Oulun seudun ammattikorkeakoulu Tekniikan yksikkö (C) Jukka Jauhiainen 2001

Spinkaiku Käytännössä MRI-signaalia ei siis mitata suoraan FID-signaalista (vaikka se toki on mahdollista) Signaali mitataan kaiusta (echo) Kaiku voidaan tehdä kahdella menetelmällä Spinkaiku (spin echo) Gradienttikaiku (gradient echo) (C) Jukka Jauhiainen 2001

Spinkaiun syntyminen 1 (C) Jukka Jauhiainen 2001

Selityksiä, selityksiä... TE = Time to Echo = Kaikuaika 90-asteen RF-pulssi kääntää ensin magnetoitumavektorin xy-tasoon Spinit alkavat epävaiheistua T2*-relaksaation vaikutuksesta Osa menee edellä, osa jää jälkeen (C) Jukka Jauhiainen 2001

Ensimmäiset tulevat viimeisiksi... 180-asteen RF-pulssi kääntää kaikki spinit xy-tason ympäri Koska spinit pyörivät edelleen samaan suuntaan, ovat hitaat nyt edellä ! Kaikuajan kuluttua sekä nopeat että hitaat spinit osoittavat samaan suuntaan ! (C) Jukka Jauhiainen 2001

Spinit ne vaan pyörii... Nopeat Hitaat Hitaat Nopeat (C) Jukka Jauhiainen 2001

TR = Time of Repetition Uusi 90-asteen pulssi annetaan toistoajan TR kuluttua Spinkaikusekvenssissä TR=1000-6000 ms Tällöin nettomagnetoituma on ennättänyt palata takaisin z-akselin suuntaiseksi. Nyrkkisääntö: Toistoja tarvitaan spinkaiussa niin monta kuin kuvamatriisissa on rivejä. (C) Jukka Jauhiainen 2001

Kuvan kontrastin syntyminen spinkaikusekvenssissä Protonitiheyspainotus Pitkä TR Lyhyt TE T1-painotus Lyhyt TR T2-painotus Pitkä TE (C) Jukka Jauhiainen 2001

Protonitiheyspainotus (PD) Virityksen jälkeen Ennen viritystä Suuri PD Pieni PD Vahva signaali Heikko signaali (C) Jukka Jauhiainen 2001

PD Z-akselin suuntaiset magnetoitumat ovat verrannollisia vokselin protonitiheyteen Virityksen jälkeen xy-tason magnetoitumakin on verrannollinen protonitiheyteen XY-tason magnetoituma = MR-signaalin intensiteetti !! Kaiku kerätään mahdollisimman nopeasti virityksen jälkeen, jolloin xy-tason magnetoitumaan ei ennätä vaikuttaa T2-relaksaatio (C) Jukka Jauhiainen 2001

T1-painotus T2-relaksaatio on häivyttänyt xy-tason komponentin ! Heti virityksen jälkeen Uusi viritys ja kaiun keräys T1-relaksaatio vaikuttaa ... Ennen viritystä Sama PD Lyhyt T1 Vahva signaali Pitkä T1 Heikko signaali T2-relaksaatio on häivyttänyt xy-tason komponentin ! (C) Jukka Jauhiainen 2001

T2-painotus Heti virityksen jälkeen T2-relaksaatio vaikuttaa... Ennen viritystä Sama PD Pitkä T2, hidas epävaiheistuminen Vahva signaali Lyhyt T2, nopea epävaiheistuminen Heikko signaali (C) Jukka Jauhiainen 2001

T1 ja T2-kuvan vertailua TR/TE=450ms/14ms TR/TE=5500ms/105ms (C) Jukka Jauhiainen 2001

Yhteenvetoa kontrastista PD-kuvassa kirkkaana näkyy tiheämpi kudos, vähän kuten röntgenkuvassakin. T1-painotteisessa kuvassa näkyy kirkkaana kudos, jolla on lyhyt T1-relaksaatioaika. T2-painotteisessa kuvassa näkyy kirkkaana kudos, jolla on pitkä T2-relaksaatioaika (C) Jukka Jauhiainen 2001

Nyrkkisääntöjä T1-painotteisessa kuvassa RASVA ON KIRKASTA, VESI MUSTAA T2-painotteisessa kuvassa VESI ON KIRKASTA, RASVA MUSTAA T1-relaksaatioaika on AINA 5 - 10 kertaa PIDEMPI kuin T2. Pisimmät relaksaatioajat ovat vapaalla vedellä (CSF lähellä sitä !) (C) Jukka Jauhiainen 2001

Entäs jos annetaankin 90 asteen sijasta 180 asteen RF-pulssi ? T1-relaksaatio vaikuttaa ... T1-relaksaatio vaikuttaa edelleen ... Lopputilanne ! Ennen viritystä 180 asteen pulssi Sama PD Lyhyt T1 Pitkä T1 MR-signaalia ei havaita missään vaiheessa koska ei ole magnetoitumaa xy-tasossa !!! (C) Jukka Jauhiainen 2001

Lisätään 90 asteen pulssi ... T1-relaksaatio vaikuttaa ... 90 asteen pulssi NYT ! MR-signaali ! Ennen viritystä 180 asteen pulssi Sama PD Lyhyt T1 Pitkä T1 TI=Time of Inversion (C) Jukka Jauhiainen 2001

Inversion Recovery (IR) 180 asteen pulssi kääntää ensin spinit negatiivisen z-akselin suuntaan Erilaisista T1-ajoista johtuen magnetoituman palautuminen tapahtuu eri nopeuksilla 90 asteen pulssin jälkeen havaitaan mitattava signaali Sopivalla 90 asteen pulssin ajoituksella voidaan nollata ei-toivottuja signaaleja TI = inversioaika, 180 ja 90 asteen pulssien välinen aika Perussekvenssinä voi olla spinkaiku, jonka eteen on lisätty 180 asteen pulssi. (C) Jukka Jauhiainen 2001

IR-sekvenssin kontrasti Riippuu kudoksen T1-relaksaatioajoista Riippuu TI-, TE- ja TR-aikojen valinnasta Jos TI < 150 ms, Rasva näkyy tummana Aivo-selkäydinneste kirkkaana Jos TI > 500 ms kontrasti muuttuu käänteiseksi (C) Jukka Jauhiainen 2001

IR-sekvenssi yhdistettynä spinkaikuun 180 180 Kaiku TI 90 TE Nopeat Hitaat Nopeat Hitaat (C) Jukka Jauhiainen 2001

Mz:n käyttäytyminen eri kudoksissa 1 Rasva WM n. 600 ms GM 170 ms CSF 2200 ms t(ms) -1 (C) Jukka Jauhiainen 2001

STIR ”Short TI Inversion Recovery” Rasvasuppressio 1,5 T kentässä TI=170 ms TE=20 ms (T1-painotus) tai >80ms (T2-painotus) TR > 3000 ms (C) Jukka Jauhiainen 2001

FLAIR ”Fluid Attenuated Inversion Recovery” CSF-suppressio 1,5 T kentässä TI = 2000 ms TE = 20 ms (T1-painotus) tai 100 ms (T2-painotus) TR > 8000 ms (C) Jukka Jauhiainen 2001

Gradienttikaiku Kolmas perussekvenssi spinkaiun ja IR-sekvenssin lisäksi Ei käytetä 180 asteen refokusointipulssia Refokusointi tehdään bipolaarisella lukugradientilla Etuna nopeus Haittana lisääntyneet kuvausvirheet (C) Jukka Jauhiainen 2001

Gradienttikaikusekvenssi Epävaiheistuvat Vaiheistuvat Lukugradientti Hitaat Nopeat Mz a Mxy Kaiku, kun negatiivisen ja positiivisen pulssin pinta-alat yhtäsuuret Jää sekä Mz että Mxy Mz palautuu T1-relaksaation vaikutuksesta Mxy manipuloidaan lukugradientilla (C) Jukka Jauhiainen 2001

Gradienttikaiun ominaisuuksia Kääntökulma a (flip angle) on yleensä pienempi kuin 90 astetta. TE ja TR voivat olla huomattavan paljon lyhyempiä kuin spinkaiussa (nopeampi) Tyypillisesti a=10-90 astetta TE = > 5ms TR=25-200 ms Kontrastin muodostuminen on monimutkaista, ei puututa siihen tässä. (C) Jukka Jauhiainen 2001

Yhteenveto Perussekvenssit Kontrastiin vaikuttaa Spinkaiku IR Gradienttikaiku Kontrastiin vaikuttaa T1, T2, PD TE, TR, TI, a (C) Jukka Jauhiainen 2001