Litt MR-fysikk Høst 2016 Erik M. Berntsen, MD, PhD Leder UE Bildediagnostikk Spesialist i Radiologi / Førsteamanuensis St. Olavs Hospital / NTNU erik.berntsen@ntnu.no T2 T1 T2* DWI MRS Høst 2016

En MR-undersøkelse består av 5 trinn 1. Pasienten legges i en MR-maskin (magnet)

En MR-undersøkelse består av 5 trinn 1. Pasienten legges i en MR-maskin (magnet) 2. En radiobølge sendes inn

En MR-undersøkelse består av 5 trinn 1. Pasienten legges i en MR-maskin (magnet) 2. En radiobølge sendes inn 3. Radiobølgen slås av

En MR-undersøkelse består av 5 trinn 1. Pasienten legges i en MR-maskin (magnet) 2. En radiobølge sendes inn 3. Radiobølgen slås av 4. Pasienten sender fra seg et signal som mottas av en antenne

En MR-undersøkelse består av 5 trinn 1. Pasienten legges i en MR-maskin (magnet) 2. En radiobølge sendes inn 3. Radiobølgen slås av 4. Pasienten sender fra seg et signal som mottas av en antenne 5. Signalet rekonstrueres til et bilde

Protoner i pasientens atomkjerner og deres magnetiske egenskaper 0. Proton-fysikk Protoner i pasientens atomkjerner og deres magnetiske egenskaper Denne roterende elektriske ladningen forårsaker et magnetisk felt Protoner i atomkjernene spinner rundt sin egen akse (“kjernespinn”) Den positive ladningen til protonet spinner også rundt denne aksen Protoner har altså et eget magnetisk felt

Protonene roterer også rundt en vertikal akse som en snurrebass 0. Proton-fysikk Protonene roterer også rundt en vertikal akse som en snurrebass (dette kalles også akserotasjon eller presesjon) Frekvensen til denne rotasjonen er særegen for hvert enkelt atom og kalles presesjonsfrekvensen

Hva skjer med protonene når vi plasserer de i MR-magneten ? 1. Pasienten legges i en magnet Hva skjer med protonene når vi plasserer de i MR-magneten ? Fra å ha en villkårlig orientering inntar de en posisjon hvor magnetfeltaksen er rettet parallelt eller anti-parallelt av det ytre magnetfeltet Det kreves mer energi å være orientert motsatt av magnetfeltet, så et lite flertall av protonene retter seg parallelt 10 av 1 million protoners overvekt ved 1 Tesla

Z Pasienten blir en magnet ! 1. Pasienten legges i en magnet Z Pasienten blir en magnet ! Siden et flertall av protonene retter seg parallellt med det ytre magnetfeltet oppstår det en magnetisk vektor i pasienten som altså blir en magnet selv Magnetfeltaksen til hvert proton står ikke helt i ro, men roterer rundt Z-aksen (innover i maskinen) 6 protoners magnetfeltakse er her skjematisert med 6 røde piler Disse spinner i ulik fase rundt Z-aksen Det er derfor kun en resultantvektor langs Z-aksen og ingen i XY-planet (alle små delvektorer i XY-planet kansellerer hverandre)

Presesere om x-aksen ( i tillegg til z-aksen) 2. En radiobølge sendes inn En radiobølge sendes inn langs x-aksen og da vil magnetfeltaksen til alle protonene begynne å : Presesere om x-aksen ( i tillegg til z-aksen) Presesere i fase (bidrar til en magnetfeltsvektor i XY-planet) Resultatet er at resultantvektoren av magnetfeltet til alle protonene vippes ned i XY planet i en spiralbevegelse (veldig vanskelig å se for seg!) Frekvensen av radiobølgen som sendes må være lik protonenes presesjonsfrekvensen til protonene, altså må frekvensene være i resonans med hverandre Presesjonsfrekvens = Larmor frekvensen : Gyromagnetiske ratio til kjernen * Statiske magnetfeltet 1 Tesla : 42,58 MHz for protoner 3 Tesla : 127,74 MHz for protoner 2 1 Derav kommer R (resonans) i MR

Presesere om x-aksen ( i tillegg til z-aksen) 2. En radiobølge sendes inn En radiobølge sendes inn langs x-aksen og da vil magnetfeltaksen til alle protonene begynne å : Presesere om x-aksen ( i tillegg til z-aksen) Presesere i fase (bidrar til en magnetfeltsvektor i XY-planet) Resultatet er at resultantvektoren av magnetfeltet til alle protonene vippes ned i XY planet i en spiralbevegelse (veldig vanskelig å se for seg!) Frekvensen av radiobølgen som sendes må være lik protonenes presesjonsfrekvensen til protonene, altså må frekvensene være i resonans med hverandre Presesjonsfrekvens = Larmor frekvensen : Gyromagnetiske ratio til kjernen * Statiske magnetfeltet 1 Tesla : 42,58 MHz for protoner 3 Tesla : 127,74 MHz for protoner 2 1 Derav kommer R (resonans) i MR

3. Radiobølgen slås av & 4. Pasienten sender fra seg et signal som mottas av en antenne Når radiobølgen er slått av begynner den magnetiske vektoren å dreie tilbake til utgangspunktet. Man kan skille mellom hvordan den magnetiske vektoren henter seg inn igjen langs Z-aksen (T1), og hvordan vektoren taper seg i XY-planet (T2) dette kalles T1 og T2 relaksasjon Hastigheten på disse to prosessene er forskjellig i ulike typer vev.

Gjenvinningen av den magnetiske vektoren langs Z-aksen kalles T1-relaksasjon I T1-sekvenser bestemmer forskjellen i T1-relaksasjon «kontrasten»/intensitetsforskjellen mellom de forskjellige typer vev i MR-bildet . MR Signalet leses av T1 MR Signal fett hvit substans CSF T1 relaksasjon grå Tid

Tapet av den magnetiske vektoren i XY-planet kalles T2-relaksasjon I T2 sekvenser bestemmer forskjellen i T2-relaksasjon «kontrasten»/intensitetsforskjellen mellom de forskjellige typer vev i MR-bildet MR Signalet leses av MR Signal CSF Grå substans Fett Hvit substans T2 T2 relaksasjon Tid

hjernevev med kontrast MR-kontrast brukes sammen med T1-vektede serier, vev med kontrast får høyt signal hjernevev med kontrast MR Signal hvit substans fett grå substans CSF Tid Kontrastopptak pga brutt blod-hjernebarriere (Glioblastom) MR Signalet leses av Gadolinium-kontrastmidler ( f.eks. Omniscan og Magnevist) forkorter vevets T1-relaksasjonstid (raskere gjenvinning av den magnetiske vektoren langs z-aksen)

Forvirret ??

En MR-undersøkelse består av 5 trinn Husk! En MR-undersøkelse består av 5 trinn 1. Pasienten legges i en MR-maskin (magnet) 2. En radiobølge sendes inn 3. Radiobølgen slås av 4. Pasienten sender fra seg et signal som mottas av en antenne 5. Signalet rekonstrueres til et bilde

Velkommen til TBL i MR Nevroradiologi !