KAPITTEL 3

KAPITTEL 3

TEMA

KAPITTEL 3 tar for seg ulike etablerte metoder, samt forslag til nye metoder, for å primært tidsmessig gjøre en mer effektivinnsamling av rådata.Denne reduksjonen i scantid disse metodene har muliggjort, harmedført en lang rekke nye MR anvendelser (applikasjoner):

- Avbildinger av abdomen - Hjerteavbildning- First pass kontrast bolus avbildning- Diffusjons avbildning- Generelt mer omfattende undersøkelse innen forbi samme undersøkelse tid.

UIO Fys-Kjm 4740

KAPITTEL 3

Følgende nye pulse sekvenser vil bli introdusert i løpet av KAPITTEL 3undervisningen:

- Multi shot og single shot Turbo Spin Echo (TSE)- Multi shot og single shot Echo Planar Imaging (EPI)- Gradient and Spin echo (GRASE)

I tillegg vil vi introdusere to eksperimentelle datainnsamlings metoder:

- Radial imaging- Spiral imaging

UIO Fys-Kjm 4740

KAPITTEL 3

Generelt under et MR opptak følger vi et datainnsamlings mønsterder en komplett linje med ulike kx verdier registreres. En slik linjekalles en profil der antall kx verdier i hver profil gir oss grunnlaget for bildeoppløsning og informasjonen i x-retningen (frekvens/måle/utlesning retningen) i bildet.

kx

te

∫kx = γ Gx (t´)dt´ t Målegradient

Sampling av MT(t)-verdiertid

UIO Fys-Kjm 4740

KAPITTEL 3

For at vi skal ha nok rådata informasjon til å kunne generere et MR-bildet, må vi ha like mange profiler som vi ønsker bildeoppløsningi y-retningen, typisk 64,128 eller 256. I enhver ny profil må faseinformasjonen i de registrerte signalene være forskjellig fra tidligereregistrerte profiler. Dette gjøres ved at fasegradienten varieres frasnitt eksitasjon til snitteksitasjon.

ky

te

∫ky = γ Gyn (t´)dt´ t

tid

Gyn

UIO Fys-Kjm 4740

Posisjonen i k-planet på et gitt tidspunkt, t, er gitt av uttrykkene:

I løpet av et MR opptak vil datainnsamlingen følge en viss bane(trajectory) i k-space. Banehastigheten på et tidspunkt er gitt som:

Mens baneretningen er gitt som:

KAPITTEL 3

te

∫kx = γ Gx (t´)dt´ og t

te

∫ky = γ Gyn (t´)dt´ t

dkx(t) = γGx (t) og dtdky(t) = γGyn (t) dt

dky(t)

dkx(t)

Gyn(t)

Gx(t)=

UIO Fys-Kjm 4740

I praksis betyr dette at vi ved å variere frekvens og fase gradienteni tid, kan generere hvilke som helst bane i k-space. Problemet med denne tilnærmelsen er å rekonstruere de rådata somsom registreres.For at Fast Fourier Transformen (FFT) skal fungere må kartesiskemåledata anvendes.For radielle scan (senere i kapitellet) finnes muligheten å rekonstruererådata fra projeksjoner, mens for andre mulige innsamlings baner, må man tilpasse målepunktene til det kartesiske system.På kommersielle MR systemer finnes kun pulssekvenser som brukerFast Fourier Transformasjonen for å rekonstruere MR bildet frarådata.

KAPITTEL 3

UIO Fys-Kjm 4740

Prosessen fra rådatabilde til MR bilde er gjengitt under:

KAPITTEL 3

UIO Fys-Kjm 4740

KAPITTEL 3

Rådata 2D FFT2D FFT

UIO Fys-Kjm 4740

KAPITTEL 3

Svak fase gradient Kontrast/signal

UIO Fys-Kjm 4740

KAPITTEL 3

Kraftig fase gradient Detaljer

UIO Fys-Kjm 4740

KAPITTEL 3

For å redusere scan tiden har vi flere muligheter:

- Redusere TR tiden- Redusere antall NSA- Redusere antall profiler (antall fase kodinger)- Parallell avbildning- Øke antall profiler pr. TR

Den første sekvensen som muliggjorde segmentasjon (flere k-profilerpr. TR) var Turbo/Fast Spin Echo sekvensen.

UIO Fys-Kjm 4740

KAPITTEL 3

Fra Standard Spinn Ekko til Multiple Spinn ekko:

Sel.

Fase

Måle

90°180° 180° 180° 180° 180° 180° 180° 180° 180° 180° 180°

UIO Fys-Kjm 4740

KAPITTEL 3

Fra Multiple Spinn ekko til Turbo Spinn Ekko:

Sel.

Fase

Måle

90°180° 180° 180° 180° 180° 180° 180° 180° 180° 180° 180°

ky

kx

tid

Kontrasten i bildet dannes pået tidspunkt da fasegradientenehar sine laveste verdier.

UIO Fys-Kjm 4740

KAPITTEL 3

Fra Multiple Spinn ekko til Turbo Spinn Ekko:

Sel.

Fase

Måle

90°180° 180° 180° 180° 180° 180° 180° 180° 180° 180° 180°

tid

Profil rekkefølgen bestemmer kontrasten i det endelige bildet.Ekkotiden for en TSE sekvens er tiden fra 90 graders pulsen til ekkoet som genereres når fase gradienten er null. Denne ekkotidenkalles TEeff (effektive ekko tid).

UIO Fys-Kjm 4740

KAPITTEL 3

I et TSE opptak eksiterer vi snittet for så å generere flere linjeri k-space ved hjelp av multiple ekko. Reduksjonen i scan tid pr.snitt bestemmes av antall ekko. Dersom dette f.eks er 6 ekko pr.TR vil scan tiden reduseres til en 1/6 av en standard SE sekvens.Antall ekko i en TSE sekvens kalles sekvensens Turbo faktor.

I eksempelet over med turbo faktor = 6 må fremdeles bruke flereeksitasjoner (”skudd”) for å samle inn nok informasjon til å fyllek-space. Vi kaller en slik sekvens for Multi shot TSE.

Dersom T2 tiden til det vi skal avbilde er meget lang, er det på dagens MR-systemer mulig å eksitere snittet kun en gang, for deretter å skapemange nok ekko til å fylle hele k-space. Dette kalles Single shot Imaging.

UIO Fys-Kjm 4740

KAPITTEL 3

Profil rekkefølgen bestemmer kontrasten i det endelige bildet.Lar vi de svakeste verdiene av fasegradienten kode de førsteekkoene, vil dette kunne gi oss T1 eller protonvektede bilderavhengig av TR tiden.

Knytter vi de lave fase trinnene til ekko ved 80ms eller lenger, vil det endelige bildet være T2-vektet.

Proton vektet bilde

T2 vektet bilde

UIO Fys-Kjm 4740

KAPITTEL 3

Det finnes flere muligheter til ulike profil innsamlings rekkefølger. De to vanligste er:

- Linjær: Man starter ytterst i k-space og beveger seg via senter linjen til k-linjen i det andre ytterpunktet. - Sentrisk/Low High: Man begynner med senter linjen i k-space for så å samle alternerende linjer på begge sider av senterlinjen til man når ut til hjørnene i k-space.

UIO Fys-Kjm 4740

KAPITTEL 3

En generell måte å redusere scan tiden på, er å redusere antall registrerte ky verdier. Dette fører normalt til dårligere oppløsning i bildets fase

retning. Men det er også mulig å utnytte k-space symmetri egenskaper.I praksis betyr dette at vi må registrere minimum 60% av profilene.

Data fra de manglende profilene får man fra tilsvarende linjer symmetrisk om ky = 0 profilen. Dette gir en max. reduksjon i scan tid på

40%. SNR i det endelig bildet i dette eksempelet er redusert med rotenav 0,4. Metoden kalles half scan- eller half Fourier Imaging.

k-space UIO Fys-Kjm 4740

KAPITTEL 3

Det finnes flere kilder til bilde artefakt for TSE sekvensene.De viktigste av disse er:

- Samling av ekko i non-steady state.- Lik fase på eksitasjon og refokuseringspuls.- Avvik fra 90 graders fase forskjell mellom eksitasjon og refokuseringspuls.- Feil gradient areal p.g.a eddy strømmer.- Stimulerte ekko p.g.a. ikke-perfekte 90 og 180 grader firkant pulser.

UIO Fys-Kjm 4740

KAPITTEL 3

Lik fase på eksitasjon og refokuseringspuls.Dersom 90 og 180 graders pulsene har samme fase vil en imperfekt180 graders pulse (dvs. at pulsen er mer eller mindre enn 180 grader)medføre at det registrerte signal dør raskt ut.Løsningen på dette problemet er å la 180 graders pulsen slå magneti-seringen om en akse som er 90 grader på den aksen eksitasjonspulsenbruker. En slik sekvens kalles Carr-Purcell-Meinboom-Gill (CPMG).

UIO Fys-Kjm 4740

KAPITTEL 3

Feil fase mellom eksitasjon og refokuseringspuls.Ved en CPMG sekvens skal faseforskjellen mellom eksitasjon ogrefokuseringspulsene være 90 grader. Dersom det oppstår en fase-feil, α, vil dette medføre at annet hvert ekko dreies om en akse somer α grader i forhold til y-aksen. Det endelige bildet vil da inneholdebåde det ”riktige” bildet, samt et ”ghost” bilde som er plassert medet shift i faseretningen tilsvarende verdien til α.

UIO Fys-Kjm 4740

KAPITTEL 3

Feil i gradient areal p.g.a eddy strømmer.Eddy strømmer i magnetens metallstrukturer fører til uønskede temporære magnetfelt som medfører at de nøye kalkulerte gradientfelt arealene får feil verdi. Dette kan føre til både feil i signalenes frekvens og faseverdi, noe som igjen gir opphav til en lang rekkeartefakt (ghosting, blurring og bilde distorsjon).P.g.a meget god eddy strøm kompensasjon i dagens MR systemerer ikke dette fenomenet et stort problem.

UIO Fys-Kjm 4740

KAPITTEL 3

Feil p.g.a manglende firkant pulser.En RF puls vil aldri gi opphav til den samme effekten over hele snittet.Dette betyr at en 180 graders puls vil han en lavere verdi i ytter-punktene av snittet. En slik begrensning gir opphav til såkalte stimulerteekko. Disse signalene vil blande seg med hoved ekkoet. P.g.a ulikfase mellom disse ekkoene kan vi ende opp med striper i det endeligeMR-bildet.

UIO Fys-Kjm 4740

KAPITTEL 3

Dersom vi i stedet for å generere multiple spinn ekko inn forbi en gitt TR tid, genererer multiple gradient ekko, har vi en multi ekkogradient ekko sekvens. En slik multi ekko gradient ekko sekvenskan f.eks brukes til å måle T2*.Dersom hvert av de utleste gradient ekkoene får sin egen fasekodinghar vi laget en sekvens som kalles ekko planar imaging. I single shot versjon er dette den raskeste sekvensen vi har på MR systemet

UIO Fys-Kjm 4740

RF

Seleksjon

Frekvens

Fase

Signal

KAPITTEL 3

EPI sekvensen UIO Fys-Kjm 4740

KAPITTEL 3

4 shots 8 shots

2 shots1 shot

Multi shot EPI redusererdistorsjons artefaktet ipulssekvensen.

UIO Fys-Kjm 4740

KAPITTEL 3

Det er mulig å kombinere både multiple spinn ekko og multiplegradient ekko i en pulse sekvens. En slik sekvens kalle GRAdientekko Spinn Ekko (GRASE).

Tid

RF

Sel.

Frekv.

Fase

Signal

90° 180° 180°

UIO Fys-Kjm 4740