Loading...
 
PDF Print

Kontrasztmechanizmusok

Kontrasztnak a különböző szövetekben mérhető jelek különbségét nevezzük. Láttuk, hogy a jel arányos a transzverzális mágnesezettség időderiváltjával. Vizsgáljuk meg, hogyan függ a transzverzális mágnesezettség a szekvencia időzítési paramétereitől a 2.4 szakaszban látott egyszerű spin ekhó esetében.
Az ekhó időzítése, $T_{E}$, alapvetően a spin–spin relaxáción keresztül befolyásolja a jelet.

M_{\perp}(t')=M_{\perp}(0^{+})\textrm{e}^{-T_{E}/T_{2}}

ahol $0^{+}$ közvetlenül a gerjesztés utáni pillanatra utal. (Az ekhó a statikus inhomogenitásoktól származó fázisvesztést kompenzálja, így $T_{2}$, és nem $T_{2}^{*}$ szerepel a képletben.)
Láttuk, hogy az MR-szekvenciákat általában többször megismételjük fáziskódolás, illetve a jel–zaj viszony javítása végett. Az ismétlési idő, $\textrm{T}_{\textrm{R}}$, azaz hogy milyen gyakorisággal gerjesztjük a mágnesezettséget a spin–rács relaxáción keresztül, hatással van a mérhető jelre. Az egyszerűség kedvéért tegyük fel, hogy az ismétlési idő hosszú a transzverzális relaxációhoz, $\textrm{T}_{2}$-höz képest.

Image
felirat

Felirat: 2D spin ekhó kísérlet szekvenciája. Az ábrázolt csatornák: RF rádófrekvencás gerjesztő jel, $G_{ss}$ a szeletválasztó gradiens (A negatív szakasz közvetlenül az RF pulzus után a gradiens defókuszáló hatását kompenzálja.), $G_{pe}$ a fáziskódoló gradiens, $G_{R}$ a frekvencia kódoló, vagy kiolvasó gradiens, és ADC az analóg-digitális átalakítóra utal, és azt jelöli, hogy mikor van adatgyűjtés. A kísérletet a fáziskódolás miatt többször meg kell ismételni, különböző $G_{pe}$ értékek mellett, erre utal a táblázat formájú piktogram.
Az első gerjesztés előtt a mágnesezettség egyensúlyban van: a $z$ irányba mutat, és nagysága $\textrm{M}_{0}$. A 90°-os gerjesztés ezt teljes egészében a transzverzális síkba forgatja. Ezután a mágnesezettség a (9) egyenletnek megfelelően fejlődik.

M_{z}(t') & = & (1-\textrm{e}^{-t'/T_{1}})M_{0}
M_{\perp}(t') & = & M_{0}\textrm{e}^{-t'/T_{2}}

ahol $t'$ az utolsó gerjesztés óta eltelt idő.
A 180°-os pulzus a longitudinális mágnesezettséget ellenkezőjére fordítja:$M_{z}(\tau^{+})=-M_{z}(\tau^{-})$. Feltevésünk szerint a transzverzális komponens elbomlik a ciklus vége előtt, így a második 90°-os gerjesztés előtt már csak longitudinális mágnesezettség van, melynek nagysága

M_{z}(T_{R}^{-}) & = & -M_{0}(1-\textrm{e}^{-\tau/T_{1}})\textrm{e}^{-(T_{R}-\tau)/T_{1}}+M_{0}(1-\textrm{e}^{-(T_{R}-\tau)/T_{1}})\\ & = & M_{0}(1-2e^{-(T_{R}-\tau)/T_{1}}+e^{-T_{R}/T_{1}})

A második gerjesztés ezt forgatja a transzverzális síkba, így a mérhető jelet meghatározó mágnesezettség

M_{\perp}(T_{E}) & = & M_{0}(1-2e^{-(T_{R}-\tau)/T_{1}}+e^{-T_{R}/T_{1}})e^{-T_{E}/T_{2}}

A longitudinális komponens ugyanúgy épül fel, mint az első gerjesztés után, így a további ismétlések során amplitúdója már nem változik.
Homogén esetet feltételezve, a jel ezek után a következő egyszerű alakban írható:

S=\varrho_{0}(1-2e^{-(T_{R}-\tau)/T_{1}}+e^{-T_{R}/T_{1}})e^{-T_{E}/T_{2}}

A jel amplitúdóját alapvetően a $T_{1}$ ralxációs idő és a $T_{R}$ ismétlési idő, illetve a $T_{2}$ relaxációs idő és a $T_{E}$ ekhó idő aránya befolyásolja. Három határesetet érdemes megvizsgálni:

  1. $T_{1}$-súlyozás: Ha az ekhóidő rövid minden leképezendő anyag jellemző $T_{2}$ relaxációs idejéhez képest, akkor az exponenciális tényező 1 körüli, és a spin–spin relaxáció kevéssé befolyásolja a képet. Ha mindeközben $T_{R}$ a leképezendő anyagok spin–rács relaxációs idejének nagyságrendjébe esik, akkor tipikusan $T_{R}\gg\tau$, a megfelelő tag egyszerűsíthető és a képet $T_{R}/T_{1}$ határozza meg. Ezt $T_{1}$-súlyozott képnek nevezzük.
  2. $T_{2}$-súlyozás: Ha a $T_{R}$ ismétlési idő minden spin–rács relaxációhoz képest hosszú, a megfelelő exponensek elhanyagolhatóvá válnak, a jel nem fog függeni $T_{1}$-től. Ha mindeközben a $T_{E}$ ekhóidő a transzverzális relaxációk nagyságrendjébe esik, a képet ezek különbsége fogja meghatározni, ún.$T_{2}$-súlyozott képet kapunk.

 

Image Image Image


Felirat: Koronális koponya felvételek különböző kontrasztokkal: (bal oldali ábra): $T_{1}$ súlyozott, (középső ábra): $T_{2}$ súlyozott és (jobb oldali ábra): proton denzitású felvétel. A különböző kontraszt mechanizmusok célja nem csak az agyi szövetek (szürke és fehér állomány (GM és WM) és az agyvíz (CSF)) elkülönítése, hanem különböző kóros állapotok azonosítása is.

  1. spinsűrűség-súlyozás: Ha a $T_{R}$ ismétlési idő minden spin–rács relaxációhoz képest hosszú, a megfelelő exponensek elhanyagolhatóvá válnak, a jel nem fog függeni $T_{1}$-től. Ha ugyanakkor a $T_{E}$ ekhóidő pedig minden transzverzális relaxációhoz képest rövid, a képet alapvetően a $\varrho_{0}$ spinsűrűség inhomogenitása határozza meg.

A szekvencia időzítési paramétereit változtatva a mérhető jelet más és más fizikai tulajdonságok határozzák meg, és dominálják így a kép kontrasztját. Látható az is, hogy a különböző kontrasztok folytonosan mennek át egymásba, határaik nem élesek. A megfogalmazás, hogy egy paraméter "az előforduló relaxációs idők magységrendjébe esik" is diffúz, mivel az előforduló relaxációs idők sokszor több nagyságrendet ölelnek fel (csont: 150 ms / 350 μs, GM: 920 ms / 100 ms , WM: 780 ms / 90 ms, CSF: 4300 ms / 2200 ms). Különböző praktikus megfontolások (tipikusan a vizsgálat hossza) miatt sokszor nem is lehet tiszta kontrasztokra törekedni.
Az eddig bemutatott három eset épp csak a legegyszerűbb kontrasztmechanizmusok voltak. Összetettebb szekvenciákkal további fizikai mennyiségek képezhetőek le, mint például a diffúzió sebessége vagy akár a teljes diffúziós tenzor, áramlások és fizikai deformáció.

Export

Medical Imaging

Site Language: English

Log in as…