MRT: funktionsweise, aufbau und physikalische grundlagen

verfahren, das mit magnetfeldern und radiowellen schnittbilder vom menschlichen körper erzeugt

1. supraleitender magnet: erzeugung des statischen magnetfeldes durch die längsmagentisierung

2. gradientensystem: erzeugung von gradientenfeldern zur ortkoordinierung; überlagert damit das statische magentfeld

3. hochfrequenzsystem: anregung der wasserstoffprotonen durch die transversalmagnetisierung und phasenkohärenz

4. rechnersystem: bildbearbeitung und nachbearbeitung

5. faraday’sche käfig: abschirmung der hochfrequenzen

1. mrt erzeugt magnetfeld

2. während messung erfolgt abgabe von radiowellen mit einer hohen frequenz auf den körper

3. ausrichtung der h-kerne im magnetfeld werden verändert

4. spezielle signale werden durch rückkehr un grundzustand erreicht und abgegeben

5. messun der speziellen signale und zusamensetzung am computer zu bildern

30 bis 60 mikrotesla

die magnetfeldstärke

0,5 bis 7 tesla (normal: 1,5 oder 3)

einen spin

spins der protonen und neutronen; der gesamtdrehimpuls des kerns

anzahl der protonen und neutronen ist gerade

der kern ist resonanzfähig, da die anzahl der protonen und neutronen ungerade ist

durch die rotation der elektrischen ladung im kern baut sich ein individuelles magnetfeld auf

H^1

6,70*10^19 protonen pro 1mm^3 gewebe im körper

• fluor 19

• phosphor 31

• kohlenstoff 15

• xenon 129

• natrium 23

1. grundzustand: längsmagnetisierung und lamorfrequenz

2. anregung/resonanz: transversalmagnetisierung und phasenkohärenz

3. relaxation: t2-relaxation & t2*-relaxation, t1-relaxation

längsmagnetisierung

longitudinalmagnetisierung

zustand, in dem die parallele zuordnung entlang des äußeren magnetfeldes überwiegt, dabei heben sich antiparallel und parallel auf und es bleiben wenige parallel zuordnungen übrig

äußeres magnetfeld bzw magnetfeldstärke

weil diese weniger energie benötigt, mit denen, die nicht aufgehoben werden wird dann gearbeitet

400 billionen pro 1mm hoch 3 im gwebe

• parallel: richtung kopf

• antiparallel: richtung fuß

lamorfrequenz

lamorfrequenz

bei der lamorfrequenz findet die präzessionsbewegung statt, wodurch sich die protonen auch um die z-achse drehen

-> durch das äußere magnetfel ausgelöst

bewegung der atomkerne um die längsachse des magnetfeldes (Mz), wodurch die protonen sich auch um die z-achse drehen

proportional und abhängig von der materialkonstante

materialkonstante * magnetfeldstärke in tesla

63,9

127,8

42,6

besteht aus längsmagentisierung und lamorfrequenz

• längsmagentisierung: zustand indem die parallele zuordnung überwiegt entlang des äußeren magnetfeldes

• lamorfrequenz: durch präzessionsbewegung (ausgelöst durch äußeres magnetfeld) drehen sich die protonen auch im die z-achse

-> erzeugung eines eigenen magnetfeldes beim patienten, aber weil die magnetisierung entlang des magnetfeldes stattfindet kann dies nicht gemessen werden

ein hochfrequenzimpuls stört die präzessionsbewegung der protonen

• phasenkohärenz

• transversalmagnetisierung du süße zuckerschnute

• du bist ganz ganz dolle knuffig du knutschkugel

synchronisation der präzessionsbewegung, findet als zweites bei der anregung statt

• durch einen hochfrequenzimpuls werden protonen, die der präzessionsbewegung folgen, gestört und dadurch wird die präzessionsbewegung synchronisiert

• mit dem impuls tauschen die protonen energie aus, wodurch sie auf ein höheres energieniveau kommen

• protonen rotieren nun um die xy-ebene in einer phase, wodurch sie sich nicht mehr neutralisieren sondern addieren; dies nennt man signalinduktion

addieren der signale bei der phasenkohärenz, was als mr-signal messbar ist

präzessionsfrequenz

neutralisierung der parallelen und antiparallelen protonen, findet als erstes bei der anregung statt

transversalmagnetisierung

• protonen rotieren entlang magnetfeld (z-ebene)

• hochfrequenzimpuls stört die präzessionsbewegung

• protonen rotieren quer zum magnetfeld in richtung xy-ebene

durch einen hochfrequenzimpuls wird die präzessionsbewegung der protonen kurz gestört

1. transversalmagnetisierung: neutralisation der antiparallelen und parallelen ausrichtungen von der z-ebene in die xy-ebene

2. phasenkohärenz: synchronisation der präzessionsbwegung, wodurch es zur signalinduktion kommt und das mr-signal entsteht

-> je höher die anregung und das erreichen eines höheren energieniveaus, desto weniger längsmagnetisierung aber auch desto mehr transversalmagnetisierung

das zurückkehren der protonen in den grundzustand, demnach findet sie nach der anregung statt

-> sie kehren in den grundzustand zurück indem die aufgenommene energie wieder abgegeben wird

ein kontinuierlicher prozess, weil nicht alle protonen gleichzeitig relaxieren

vom gewebe

• wasser hat eine hohe zeit

• fett eine kurze

• pathologisch verändertes gewebe eine lange, weil es mehr wasser enthält

die transversalmagnetisierung nimmt ab und die längsmagnetisierung nimmt zu, wodurch die protonen den grundzustand wieder erreichen. ist ein kontinuierlicher prozess und gewebeabhängig

1. transversale relaxation

   1. t2: dephrasierung des spins, wodurch es zum energieaustausch unter den spins kommt (verlust der phasenkohärenz)

   2. t2*: ausgleich durch 180 grad impuls um phasenzerfall zu beschleunigen

2. longitudinale relaxation

   1. t1: nach abschalten des hf-impulses kommt es zum energieverlust und die spins kehren auf die z-ebene zurück

1. transversale relaxation: t2 und t2*

2. longitudinale relaxation: t1

spin-spin-relaxation

t2-relaxation

• verlust der transversalen magnetisierung durch dephrasierung der spins oder signalverlust durch verlust der phasenkohärenz, wodruch die energie untereinander abgegeben wird

  • jeder spin erzeugt ein eigenes magnetfeld und die spins interagieren dadurch

    • energieaustausch

• zeitkonstante, die abhängig ist von dem untersuchten gewebe

zeit in der die phasenkohärenz auf 37% abgesunken ist

-> wie lange kann das gewebe signal geben

t2-relaxation ist abhängig vom untersuchten gewebe

• je stärker die beweglichkeit der protonen, desto kürzer die t2-zeit

zwischen 30 und 150msec

-> wasser liegt bei 1400msec

eine beschleinigung des phasenzerfalls, durch eine weitere inhomogenität

• es findet ein ausgleich durch einen 180 grad impuls statt

• zunutze machen der suzeptibilität

-> beschreibt eigentlich die reale t2 relaxation

beschreibt die magnetisierbarkeit eines stoffes

-> nicht jedes gewebe ist gleich magnetisierbar, wodurch das äußere magnetfeld ggf. nicht konstant ist

t2*-relaxation

spin-gitter-relaxation

t1-relaxation

hochfrequenzimpuls wird abgeschaltet, wodurch sich die spins mit der zeit zurück in die z-richtung kippen

-> aufbau der längsmagentisierung durch… übertragene energie wird an die umgebung abgegeben, wodurch das gewebe erwärmt wird

! ist eine zeitkonstante

zeit die verstreicht, bis 63% der längsmagnetisierung wieder den ausgangswert erreicht

-> wie lange muss sich das gewebe erholen

bei 1,5T: zwischen 300 und 2000msec

• magnetfeldstärke

  • je höher, desto länger die t1-zeit

• untersuchtem gewebe

1. grundzustand: parallele zuordnung der protonen überwiegt und es findet die präzessionsbewegung der protonen um die z-achse statt

   1. erzeugung eines eigenen magnetfeldes beim patienten, kann aber nicht gemessen werden weil es entlang des magnetfeldes verläuft

2. anregung/resonanz: hf-impuls stört die präzessionsbewegung

   1. neutralisation der parallelen und antiparallelen ausrichtungen, wodurch die protonen quer zum magnetfeld rotieren

   2. synchronisation der präzessionsbewegung, wodurch es zur addierung der signale kommt

3. relaxation: rückkehr in grundzustand

   1. verlust der phasenkohärenz durch dephrasierung und unterschiedliche magnetisierbarkeit des gewebes

   2. abschalten hf-impuls bewirkt, dass sich die spins wieder um die z-ebene rotieren

t2

t1

• lamorfrequenz und t1-relaxation: z-achse

• transversalmagnetsierung und phasenkohärenz: xy-ebene

• supraleitender magnet

• sende- und empfangsspulen

• rechnersystem

• hochfrequenzabschirmung

• gradientensystem

erzeugt das statische magnetfeld und sorgt für die ausrichtung der wasserstoffprotonen (B0)

senden hochfrequenzwellen aus, die den patienten anregen zum signalempfang

bildberechnung und nachbearbeitung

eine lokale begrenzung des statischen magnetfeldes (z.B. aus kupfer), ist in den wänden verbaut und ist nach innen von magnetwellen von außen geschützt und anders herum

• sind spulen, für die erzeugung der gradientenfelder für die ortskodierung.

• sie dienen der einstrahlung des hf-impulses und/oder zum empfang des erzeugten signals

• zusätzliche magnetfelder, um den hauptmagneten zu überlagern

gradientensystem

• bestandteil des gradientensystems

• sorgt für eine indikationsbezogene eingrenzung des messbereichs

• wird vor jeder aufnahme angelegt

• in drei ebenen vor jeder aufnahme

• messfeldzentrum wird mithilfe eines laserlichts definiert

  • idealfall: mitte der spule

• localizer

• körperspulen

• fest ins mr-system integriert

• übernimmt die funktion eines ganzkörper-antennensystems

• großes messfeld

• verbessert das signal

• gibt sonderspulen, für extra körperbereiche

stärker / besser das signal

ganzkörper-antennensystem

• volumen - / hochfrequenz-spule

• oberflächenspulen

  • intrakavitäre-spulen

• phased-array-spulen