MR-teori og medisinsk diagnostikk

Presentasjon om: "MR-teori og medisinsk diagnostikk"— Utskrift av presentasjonen:

1 MR-teori og medisinsk diagnostikk
Fys-Kjm 4740 MR-teori og medisinsk diagnostikk Magnettomografi-del Introduksjon Kjell-Inge Gjesdal, Sunnmøre MR-klinikk UIO Fys-Kjm 4740

2 Litteratur og undervisningsmateriale: - ”Magnetic Resonance Imaging”
Theory and Pratice Marinus T. Vlaadingerbroek Jacques A. den Boer - Forelesningsnotater primært i form av powerpoint presentasjoner - Labpresentasjoner og øvelser UIO Fys-Kjm 4740

3 Målsetning og motivasjon for kurset Noen få medisinske uttrykk
Teori del: Målsetning og motivasjon for kurset Noen få medisinske uttrykk MR-fysikerens oppgaver Historikk Hardware oversikt MRI maskinens muligheter MRI ”light” Kapitel 1-7 i Vlaardingerbroek UIO Fys-Kjm 4740

4 Målsetting og motivasjon
UIO Fys-Kjm 4740

5 Målsetting og motivasjon
Utvide kurstilbudet ved Fysisk og Kjemisk institutt Skape interesse for både hovedfags studier og doktorgrads studier Legge grunnlag for flere MR fysikere på norske sykehus Legge grunnlaget for rekruttering til industri Legge grunnlaget for rekruttering til forsknings institusjoner - Tilby kurs for profesjonelle helsearbeidere UIO Fys-Kjm 4740

6 Målsetting og motivasjon
UIO Fys-Kjm 4740

7 Noen få medisinske uttrykk
UIO Fys-Kjm 4740

8 Noen få medisinske uttrykk
Nevrologi: Hode og rygg (nervebaner) Kardiologi: Hjerte Thorax: Brystområdet (hjerte, lunge) Ortopedi: Muskler, skjelett, ledd Gastrologi: Organer i magen (lever, nyrer, bukspyttkjertel, milt) og tarm Nefrologi: Nyrestudier Angiografi: Fremstilling av blodårer Gynokologi: Kvinnens underliv Urologi: Mannens underliv (blære, prostata UIO Fys-Kjm 4740

9 Noen få medisinske uttrykk
Radiolog: Lege spesialist i røntgenfaget. Tolker bilde- materialet. Radiograf: Utfører avbildningene. 3års fagutdanning UIO Fys-Kjm 4740

10 Noen få medisinske uttrykk
Sagital Axal eller transversal Coronalt Oblique: Dreid snitt i et plan Dobbel Oblique: Dreid snitt i to plan UIO Fys-Kjm 4740

11 Noen få medisinske uttrykk
Cervical 7 virvler Thorakal 12 virvler Lumbal 5 virvler Sacralt 5 virvler UIO Fys-Kjm 4740

12 MR-fysikerens oppgaver
UIO Fys-Kjm 4740

13 MR-fysikerens oppgaver
Arbeids oppgaver: - Rådgiver ved innkjøp av nytt utstyr og oppgradering av gammelt - Innsikt/kunnskap i maskinens parameter valgmuligheter - Optimaliserer undersøkelsesprotokoller - Oversikt over teknologiutviklingen - Primærleverandør av protokollforslag i forskning og klinikk - Drive egenforskning og delta i forsknings team - Teknisk og fysisk kvalitetskontrollør UIO Fys-Kjm 4740

14 MR-fysikerens oppgaver
Arbeids oppgaver: - Primær vurderer/underviser når det gjelder sikkerhets- aspekter ved bruk av MR. - Drive postprosessering av bilde data Teoretisk innsikt og forståelse Analyser MRS spekter Forklare bilde artefakt - Underviser ved lokale og nasjonale MR-kurs UIO Fys-Kjm 4740

15 MR-fysikerens oppgaver
Innkjøp: Vurdere innholdet av de ulike leverandørers software pakker Vurdere maskinenes hardware performance Evaluere firmaet service avtale og service kvalitet Få informasjon om leverandørs vilje til å gi tilgang til kilde- koder og programmerings verktøy UIO Fys-Kjm 4740

16 MR-fysikerens oppgaver
Parameter innsikt: UIO Fys-Kjm 4740

17 MR-fysikerens oppgaver
Sekvens innsikt: UIO Fys-Kjm 4740

18 MR-fysikerens oppgaver
Sekvens manipulering: UIO Fys-Kjm 4740

19 MR-fysikerens oppgaver
Sekvens manipulering: UIO Fys-Kjm 4740

20 MR-fysikerens oppgaver
Sekvens/protokoll innsikt: Bloch likninger dMx Mx = g (M  B)x - dt T2 dMy My = g (M  B)y - dt T2 dMz M0 - Mz = g (M  B)z + dt T1 UIO Fys-Kjm 4740

21 MR-fysikerens oppgaver
Bloch simuleringer UIO Fys-Kjm 4740

22 MR-fysikerens oppgaver
Bloch simuleringer UIO Fys-Kjm 4740

23 MR-fysikerens oppgaver
Bloch simuleringer UIO Fys-Kjm 4740

24 MR-fysikerens oppgaver
Sekvens/protokoll innsikt: UIO Fys-Kjm 4740

25 MR-fysikerens oppgaver
Sikkerhet: UIO Fys-Kjm 4740

26 MR-fysikerens oppgaver
Sikkerhet: UIO Fys-Kjm 4740

27 MR-fysikerens oppgaver
Post prosessering: Generere 3D modeller Beregne volum Generere parametriske bilder av perfusjons studier Fusjonere ulike modalitets data Estimere funksjons data UIO Fys-Kjm 4740

28 MR-fysikerens oppgaver
Post prosessering: UIO Fys-Kjm 4740

29 Dynamisk opptak av kontrastmiddel
MR-fysikerens oppgaver Post prosessering: Dynamisk opptak av kontrastmiddel UIO Fys-Kjm 4740

30 MR-fysikerens oppgaver
Post prosessering: Signal Time UIO Fys-Kjm 4740

31 MR-fysikerens oppgaver
Post prosessering: UIO Fys-Kjm 4740

32 Historikk UIO Fys-Kjm 4740

33 Historikk Tumor deteksjon ved hjelp av NMR
“Spin echo nuclear magnetic resonance measurements may be used as a method for discriminating between malignant tumors and normal tissue. Measurements of spin-lattice (T1) and spin-spin (T2) magnetic relaxation times were made in six normal tissues in the rat (muscle, kidney, stomach intestine, brain and liver) and in two malignant solid tumors, Walkers sarcoma and Novikoff hepatoma. Relaxation times for the two malignant tumors were distinctly outside the range of values for the normal tissues studied ” Raymond Damadian Raymond Damadian Science 171:1151, 1971 UIO Fys-Kjm 4740

34 Historikk Tumor deteksjon ved hjelp av NMR B0 = 0.561 Tesla
Muskel Lever Mage Tynntarm Nyrer Hjerne T T2 T T2 T1 T1 T1 T1 538 ms 55ms 293 ms 52ms 270 ms 257 ms 480 ms 595 ms Walker sarkom Novikoff hepatoma T T2 T T2 B0 = Tesla 736 ms 100ms 826 ms 118ms UIO Fys-Kjm 4740

35 Historikk Damadian bygger på midten av 70-tallet
den første helkropps skanner og tar i 1977 det første MRI bildet av menneske kroppen. Raymond Damadian UIO Fys-Kjm 4740

36 Historikk Zeugmatografi
Image Formation by Induced Local Interactions: Examples Employing Nuclear Magnetic Resonance. Paul Lauterbur Nature 242:190, 1973 Første MRI bilde UIO Fys-Kjm 4740

37 Historikk Zeugmatografi
I Lauterburs artikkel foreslås det for første gang å anvende magnetfelt gradienter kombinert med et homogent magnetfelt og radiopulser for å skape et NMR signal med romlig informasjon. Kombinasjonen av radiopulser og gradient felt kalte Lauterbur “Zeugmatografi”, fra gresk: “det som blir brukt for å bringe sammen”. Paul Lauterbur UIO Fys-Kjm 4740

38 Historikk x Bruk av magnetfelt gradienten
medfører at resonans frekvensen er avhengig av posisjon (x). Ved å bruke flere projeksjoner (1-D) kan et 2-D bilde genereres. Signal x UIO Fys-Kjm 4740

39 Historikk Klassifisering av bildeteknikker - Punkt måling
- Linje måling - Plan måling - Volum måling UIO Fys-Kjm 4740

40 Historikk Punkt måling Et enkelt volum element blir eksitert
og signalet fra dette elementet blir registrert. For å danne et bilde må man eksitere alle elementene i et snitt i sekvens. UIO Fys-Kjm 4740

41 Historikk Punkt måling Hinshaw’ sensitve point method
Gradienter blir brukt i alle tre plan simultant. Kun i skjærings- punktet mellom gradientfeltene oppnås resonans. Det eksiterte volumelement forandres ved at styrken på gradientene forandres. y x UIO Fys-Kjm 4740

42 Historikk Punkt måling Damadian’s Field Focusing NMR method (FONAR)
Salformet magnetfelt UIO Fys-Kjm 4740

43 Historikk Linje måling UIO Fys-Kjm 4740

44 Mansfields Linje måling
Historikk Mansfields Linje måling gradient x RF- spekter RF- spekter UIO Fys-Kjm 4740

45 Historikk Plan måling Fourier imaging
En multifrekvens RF-puls anvendes i kombinasjon med en gradient. RF-pulsens frekvens spekter er tilpasset resonans betingelsene skapt av gradienten. NMR signalet som blir generert inneholder det samme antall frekvenser som den opprinnelige RF-pulsen. Ved hjelp av en Fourier transformasjon kan man omgjøre frekvens til posisjon. UIO Fys-Kjm 4740

46 Historikk Plan måling Fourier imaging Signal f(x) UIO Fys-Kjm 4740

47 Historikk 70-tallet brukes til å utvikle stadig mer effektive
datainnsamlings og rekonstruksjons metoder I publiserer Jim Hutchison i Aberdeen en metode som gir MR-signalet en kombinasjon av frekvens og fase informasjon. Rådata informasjonen konverteres ved hjelp av Fourier transformasjon til et MRI bildet. Metoden kalles ”spin-warp” imaging og blir standard avbildnings teknikk for alle scannere frem til i dag I 1980 er den første skanner i daglig klinisk bruk ved universitetshospitalet i Aberdeen UIO Fys-Kjm 4740

48 Historikk Mark 1, Aberdeen UIO Fys-Kjm 4740

49 Historikk Stavanger april 1986 UIO Fys-Kjm 4740

50 Historikk Stockholm 2004 Paul Lauterbur Peter Mansfield
UIO Fys-Kjm 4740

51 Historikk Nasjonal MR utbredelse Nasjonalt:
Antall Nasjonal MR utbredelse År 2005: 1maskin/ innbyggere. Nasjonalt: Offentlig og privat: Primært et nevrologi og ortopeditilbud UIO Fys-Kjm 4740

52 Historikk/nåtid Internasjonal sammenligning
2000-tall (antall innbyggere/MR-enhet): Norge Sverige Danmark Finland Tyskland Italia Spania England Frankrike Japan USA UIO Fys-Kjm 4740

53 Hardware oversikt Magnet oppbygning Gradient spoler Gradient
forsterkere RF spole RF kabinett Shim kabinett Shim spoler Magnet Magnet oppbygning UIO Fys-Kjm 4740

54 Muligheter/kompleksitet
Kontrastmuligheter CT: MR: Elektrontetthet Atomnummer 2 ulike mekanismer T1 T2 Protontetthet Diffusjon Perfusjon Temperatur pH T2* Flow Elastisitet MTC Kontrastmiddel Atomnummer Molekyl Vevsundertrykking 15 ulike mekanismer UIO Fys-Kjm 4740

55 Muligheter/kompleksitet
Teknisk kompleksitet (hode studium) CT: MR: 15 protokoller 12 parametervalg 322 protokoller 60-80 parametervalg UIO Fys-Kjm 4740

56 Vurdering av medisinsk bildediagnostikk: Dr.Med J.T. Geitung
+++ Konkluderende ++ Meget god + Kan brukes Skal ikke brukes MR beste metode

57 Muligheter Hode T1 vektet SE T2 vektet SE T1 vektet IR

58 Muligheter Hode Grå hjernesubstans Hvit hjernesubstans

59 Muligheter Hode Diffusjon Perfusjon fMRI

60 Fasekontrast angiografi
Muligheter Hode Fasekontrast angiografi

61 Muligheter Nakke/hals T2 vektet cervical columna

62 Muligheter Rygg T1 og T2 vektet total columna

63 3D fremstilling av aorta og urinlederne
Muligheter Abdomen 3D fremstilling av aorta og urinlederne

64 Muligheter Nakke/hals Angiofremstilling av halskar

65 Muligheter Rygg Fremstilling av nerverøtter
Ved hjelp av fettsuppresjon

66 Muligheter Thorax Fremstilling av blodårer i Thorax

67 Muligheter Thorax 3D fremstilling av blodårer i Thorax

68 Muligheter Hjerte

69 Muligheter Abdomen Ulike kontrastvektinger gjennom abdomen

70 Fremstilling av tykktarm og tynntarm
Muligheter Abdomen Fremstilling av tykktarm og tynntarm

71 Fremstilling av aorta og nyrearteriene
Muligheter Abdomen Fremstilling av aorta og nyrearteriene

72 Fremstilling av aorta og urinlederne
Muligheter Abdomen Fremstilling av aorta og urinlederne

73 Muligheter Abdomen Avbildning av foster

74 Muligheter Ledd Kneledd med vannseleksjons Fotledd med fettsuppresjon

75 Muligheter Micro Finger Øyepatologi

76 Muligheter Macro Helkropps MR, T2 og T1 vektet

77 Muligheter Macro Underekstremitets angiografi