1. No category

MRI-perusteet, OSA 2
Kuvauslaite
Jukka Jauhiainen
Oulun seudun ammattikorkeakoulu
Tekniikan yksikkö
(C) Jukka Jauhiainen 2001
Magneettikuvauslaitte
kaavakuvana
(C) Jukka Jauhiainen 2001
Laitteiden jaottelu
• Matalakenttä/korkeakenttälaitteet
– Matalakenttä B0 < 1,0 T
– Korkeakenttä B0 > 1,0 T
– Suurimmat kentät 3 T
• Suljetut/avoimet
– Suljetut yleensä korkeakenttälaitteita
– Avoimia käytetään lähinnä interventioissa
(C) Jukka Jauhiainen 2001
Korkeakenttälaite
(C) Jukka Jauhiainen 2001
Avomagneetti (Picker Proview)
(C) Jukka Jauhiainen 2001
Periaatteellinen rakenne ja B0kentän suunta
(C) Jukka Jauhiainen 2001
Magneettivuon tiheys
• Magneettikentän kenttäviivat ovat suljettuja
ympyröitä.
• Kenttäviivojen suunta on etelänavalta (S)
pohjoisnavalle (N)
• Magneettivuon tiheys kuvaa sitä, kuinka
paljon kenttäviivoja kulkee tietyn pinnan
läpi, yksikkö Tesla (T)
(C) Jukka Jauhiainen 2001
Suljetun laitteen ominaisuuksia
•
•
•
•
Homogeeninen magneettikenttä
Päästään suurempiin kenttävoimakkuuksiin
Mahdollistaa nopean kuvantamisen (EPI)
Edistykselliset kuvausmenetelmät
– MRA, fMRI, DWI, PWI, MRS
• Potilas ”piilossa” putkessa
(C) Jukka Jauhiainen 2001
Avomagneetin ominaisuuksia
•
•
•
•
Matala kenttävoimakkuus
Epähomogeenisempi kenttä
Huonompi kuvanlaatu
Rasvasuppressio vaikeaa (pieni kemiallinen
siirtymä)
• Soveltuu lapsille ja klaustrofobisille
• Mahdollistaa pääsyn potilaaseen kuvauksen
aikana (leikkaukset, interventiot)
(C) Jukka Jauhiainen 2001
B0-kenttä voidaan tehdä kolmella
menetelmällä
• Kestomagneetit
• Resistiiviset sähkömagneetit
• Suprajohtavat sähkömagneetit
(C) Jukka Jauhiainen 2001
Kestomagneetit
• Muodostuu useasta kerroksesta
ferromagneettisia lohkoja
• Valmis komponentti magnetisoidaan
käyttäen voimakasta sähkömagneettia
• Kentän voimakkuus max. 0,3 T
• ERITTÄIN paivava (7 - 12 tn)
(C) Jukka Jauhiainen 2001
Kestomagneetin edut ja haitat
• Etuja
– Alhaiset tuotanto- ja käyttökustannukset
– Pieni hajakenttä
• Haittoja
– Matalakenttälaite
– Erittäin painava
(C) Jukka Jauhiainen 2001
Resistiiviset sähkömagneetit
• Muodostuvat useista johdinkeloista eli
käämeistä
• Joko rauta- tai ilmasydämisiä
• Rautasydämellä saadaan vahvistettua ja
suunnattua B0-kenttää
• Ilmasydämiset keveitä, mutta kentän
ylläpito vaatii enemmän energiaa
• Kentän voimakkuus max. 0,2 T
(C) Jukka Jauhiainen 2001
Rautasydämisen etuja ja haittoja
• Etuja
– Alhaiset tuotantokustannukset
– Helppo kelojen huolto
– Pieni hajakenttä
– Voidaan kytkeä pois päältä
• Haittoja
– Suuri energian kulutus
– Tarvitsee vesijäähdytyksen
– Kenttä saattaa olla epästabiili
(C) Jukka Jauhiainen 2001
Ilmasydämisen etuja ja haittoja
• Etuja
– Alhaiset tuotantokustannukset
– Helppo kelojen huolto
– Voidaan kytkeä pois päältä
• Haittoja
– Suuri hajakenttä
– Suuri energian kulutus
– Tarvitsee vesijäähdytyksen
(C) Jukka Jauhiainen 2001
Suprajohtavat sähkömagneetit
• Kaikissa korkeakenttälaitteissa
• Kentän muodostaa johdinkeloissa kulkeva
virta
• Kelat valmistettu niobi-titaani-seoksesta,
joka muuttuu suprajohtavaksi alle 9,5 K:n
lämpötiloissa
• Suprajohteessa sähkövirta kulkee ilman
sähkövastusta
(C) Jukka Jauhiainen 2001
Suprajohtavat magneetit II
• Kelojen ympärillä on nestemäistä heliumia,
joka pitää lämpötilan riittävän alhaalla
• Kerran keloihin ajettu virta kiertää siellä
käytännössä ”ikuisesti” ilman että sinne
tarvitsee syöttää lisää virtaa.
(C) Jukka Jauhiainen 2001
Etuja ja haittoja
• Etuja
– Korkea kenttävoimakkuus
– Hyvä kentän homogeenisuus
– Pieni tehonkulutus
– Hyvä signaali-kohinasuhde
– Nopeus
• Haittoja
– Korkeat valmistuskustannukset
– Jäähdytys vaivalloista
– Tietyt kuvausvirheet korostuvat korkeassa kentässä
(C) Jukka Jauhiainen 2001
Shimmaus
• Operaatio, jolla parannetaan magneettikentän
homogeenisuutta
• Oltava < 5 ppm
• Passiivinen
– Kenttä muokataan sopivasti sijoitetuilla raudanpalasilla
• Aktiivinen
– Putkessa on joukko (esim. 30) ns. shimmauskeloja.
– Tietokone säätää automaattisesti niiden virtaa kuvauksen aikana
(C) Jukka Jauhiainen 2001
Gradienttikelat
• Kuvan paikkakoodaaminen vaatii, että jokaisessa kuvan
vokselissa on hieman eri kenttä
• Muutokset staattiseen B0-kenttään tehdään
gradienttikelojen avulla.
• Ominaisuuksia
– Lineaarisuus,
– Jyrkkyys (mT/m)
– Nousuaika eli slew rate (mT/m/ms)
(C) Jukka Jauhiainen 2001
Gradienttikentän synnyttäminen
(C) Jukka Jauhiainen 2001
Todellinen x-gradienttikela
(C) Jukka Jauhiainen 2001
Pyörrevirrat
• Muuttuva magneettikenttä indusoi johteeseen muutosta
vastustavan virran
• Gradienttikentät aiheuttavat myös potilaan sisälle
sähkövirran !
• Kuvaustilanteessa on varmistettava, ettei kelojen johtoihin
synny silmukoita
• Kaikki metalliesineet poistettava potilaalta
• Potilasta, jolla on metallia elimistössään EI SAA KUVATA
!
(C) Jukka Jauhiainen 2001
B1-kenttä
• B1-kentällä tehdään protonien viritys
• Kenttä värähtelee protonien
resonanssitaajuudella, joka riippuu
kenttävoimakkuudesta (9 - 85 MHz)
• Osat
– RF-lähetin
– RF-vastaanotin
– Kuvauskelat
(C) Jukka Jauhiainen 2001
RF-lähetin
• Taajuusgeneraattori, jonka taajuutta voidaan säätää
resonanssitaajuuden ympärillä
• Nykyään käytetään digitaalista taajuussynteesiä
• Resonanssitaajuinen signaali moduloidaan sincfunktiolla
• Moduloitu signaali viedään RF-tehovahvistimelle
• Sieltä edelleen RF-lähetyskelalle
(C) Jukka Jauhiainen 2001
RF-vastaanotin
• Mittaa magnetoitumavektorin indusoimaa
virtaa vastaanotinkelassa
• Vastaanotettu RF-teho on noin yksi
miljardisosa lähetystehosta !
• Vastaanotin- ja lähetinkelat voivat olla
rakennettu samaan kelaan (pääkela) tai ne
voivat olla erillisiä (pintakela)
(C) Jukka Jauhiainen 2001
RF-vastaanotin
RF-kela
Esivahvistin
Suodatus ja
demodulointi
Näytteistys digitaaliseksi
Talletus tietokoneen muistiin
(C) Jukka Jauhiainen 2001
Vastaanotinkelat
• Kerää varsinaisen MR-signaalin kohteesta !
• Käytännön työssä magneettihoitaja valitsee
kuvauskohteen mukaan sopivan
vastaanotinkelan
• AINOA tässä esitelmässä esille tuleva
värkki, jonka toiminta on todella
hyödyllistä ymmärtää :)
(C) Jukka Jauhiainen 2001
Vartalokela (body coil)
• Käytetään lähinnä kohteen
paikannuskuvaukseen (localizer)
• Laaja kuva-ala
• Huono signaali-kohinasuhde
• Rakennettu laitteen sisään, ei näy ulospäin
• Pystyy sekä lähettämään että
vastaanottamaan
(C) Jukka Jauhiainen 2001
Pintakela (surface coil)
• Yksinkertaisimmillaan pelkkä
virtasilmukka
• Voi olla käännetty satulan muotoon
– Polvi- ja olkapääkelat
• Asetetaan kuvattavan kohteen päälle
• Herkkyys pienenee nopeasti kun
etäisyys kohteen pinnalta kasvaa
• Ainoastaan vastaanotto (lähettimenä
esim. vartalokela)
(C) Jukka Jauhiainen 2001
Polvikelan asettelu
(C) Jukka Jauhiainen 2001
Tilavuuskelat (volume coils)
• Kerää signaalin tilavuudesta,
joka jää useamman kelan
sisäpuolelle
• Ehdottomasti yleisin on
pääkela
• Sekä lähetys että vastaanotto
• Erinomainen signaalikohinasuhde
(C) Jukka Jauhiainen 2001
Pääkela ...
(C) Jukka Jauhiainen 2001
Signaali-kohinasuhde
• Yleinen periaate: Signaali-kohinasuhde on
sitä parempi, mitä pienempi on
vastaanotinkelan pinta-ala
• Pienet pintakelat tuottavat parhaan
signaalin, mutta vain hyvin rajalliselta
alueelta.
• Isot kelat keräävät laajemmalta alueelta
kohinaisempaa kamaa
(C) Jukka Jauhiainen 2001
Phased-array-kelat
• Ideana on liittää yhteen monta pientä pintakelaa
• Voidaan kerätä laajalta alueelta voimakas signaali !
• Kunkin erillisen kelan keräämä signaali viedään erillisiin
RF-vastaanotinkanaviin
• Kanavien signaalit yhdistetään tietokoneella yhdeksi
kuvaksi
• Tyypillinen sovellus on selkäkela
• Ei (yleensä) voida käyttää EPI:n kanssa
(C) Jukka Jauhiainen 2001
Phased-array kela
(C) Jukka Jauhiainen 2001
Kuvauksen valmistelu
• Kun potilas on putkessa ja oikea kela valittuna,
magneettihoitaja käynnistää varsinaisen kuvauksen
• PRESCAN säätää mm.
– Resonanssitaajuuden kohdalleen
– RF-lähettimen lähetystehon
– RF-vastaanottimen vahvistuksen
– Aktiivinen shimmaus (”autoshim”)
• Nyt ollaankin valmiita aloittamaan itse kuvaus...
(C) Jukka Jauhiainen 2001