Учебно-методическое пособие

Скачать 1.46 Mb.

Название	Учебно-методическое пособие
страница	9/11
Тип	Учебно-методическое пособие

rykovodstvo.ru > Руководство эксплуатация > Учебно-методическое пособие

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Т1 и Т2 релаксация

До того, как система начинает получать данные, она производит предварительное сканирование, чтобы определить Ларморову частоту. Затем её обрабатывают, используя преобразование Фурье, чтобы выяснить конкретный вклад ядер с различными резонансными частотами в формировании полученной. Как только центральная частота определена, система начинает сбор данных.Предположим, мы работаем с системой 1.5 Т. Центральная или операционная частотасистемы – 63.855 МГц. Чтобы управлять суммарной намагниченностью, мы должныпослать радиочастотный (РЧ) импульс с частотой, соответствующей центральной частотесистемы: 63.855 МГц. Именно поэтому метод был назван магнитно-резонансной томографией. Толькопротоны, вращающиеся с частотой РЧ импульса, реагируют на этот РЧ сигнал. Посылая РЧ импульс с центральной частотой, снекоторой силой (амплитудой) и в течениеопределенного периода времени, можно вращатьвектор суммарной намагниченности в плоскости,перпендикулярной оси Z, в данном случае плоскости X-Y. Суммарный вектор намагниченности на 90º(FA - FlipAngle,указывает угол отклонения суммарного вектора намагниченности). Этот векторвозможно поворачивать на любой угол в пределах от 1º до 180º. Этот процесс называется возбуждением. Но так как мы переводили протоны в более высокоеэнергетическое состояние, аони предпочитают выстраиваться вдольмагнитного поля или, другими словами, находиться в состоянии с низкой энергией, то в скором времени начинается процесс релаксации. Процесс релаксации можно разделить на две части: T1 и T2релаксации. Прежде всего, очень важно понять, что T1 и T2 релаксации – два независимых, но одновременно происходящих процесса.
$c:\users\first\yandexdisk\скриншоты\2017-04-18_12-04-44.png$

T1 Релаксация

Суммарный вектор намагниченностивозвращается в исходное положение по направлению Z-оси. Это достигается за счет излучения поглощенной энергии в форме (незначительного) теплаи РЧ волн.T1 релаксация известна также какспин-решеточная релаксация, потому что энергия распространяется в окружающие ткани (решетку).

T1 релаксация происходит в объеме протонов, которые испытали 90º импульс возбуждения. Однако связи протонов в молекулах неодинаковые. Эти связи различны для каждойткани. Один атом водорода может быть связан очень сильно, с ионами, углеводами, белками, липидами, в то время какдругой атом может иметь более слабую связь, например в внутри- или внеклеточной жидкости.Это и обуславливает МРТ контраст:сильно связанныепротоны выделяют энергию намного быстрее, чем протоны со слабой связью. Поэтомускорость испускания энергии различна. График показывает, что в моментвремени равный 0 сразу послевоздействия РЧ импульсом намагниченность отсутствует в направленииоси Z. Но постепенно Mz начинаетвосстанавливаться по Z-оси.Релаксация T1 – постоянная времени.
T1 определяется как время, необходимое для достижения 63% продольной
намагниченности (Mz) от первоначального уровня намагниченности.

$c:\users\first\yandexdisk\скриншоты\2017-04-18_12-04-58.png$

T2 Релаксация

T2 релаксация описывает процессы вплоскости X-Y.

$c:\users\first\yandexdisk\скриншоты\2017-04-18_12-05-14.png$

Т.е. помимо суммарной намагниченности с вектором z, необходимо помнить, что каждый отдельный протон вращается вокруг собственной оси в своей фазе, другими словами фазовая когерентность отсутствует (даже если скорость вращения у них одинаковая, все они прецессируют асинхронно). Но после применения 90º РЧ импульс, помимо отклонения суммарного вектора намагниченности zв плоскость X-Y, протоны также начинают вращаться в одной фазе! Однако они не сохраняют это состояние.Помните, что каждый протон можно представить как крошечный стержневой магнит ссеверным и южным полюсами. И два полюса одного знака отталкиваются друг от друга.Поскольку магнитные поля каждого вектора влияют друг на друга, произойдет такаяситуация, когда один вектор замедлится, в то время как другой вектор может ускориться.Векторы будут вращаться с разными скоростями, и поэтому не смогут иметь одинаковоенаправление: они начнут смещаться по фазе. Сначала количество дефазированных векторов будет небольшим, но быстро увеличивающимся до момента,когда фазовая когерентность исчезнет: не будет ни одного вектора, совпадающего по направлению с другим. Этот процесс перехода из ситуации полного совпадения фаз к ситуации совершенногоотсутствия фазы называется T2 релаксацией.T2 релаксация также называется спин-спиновой релаксацией.

Точно так же, как T1 релаксация, T2 релаксация
зависит от связи протона водорода в молекуле и является различной для каждой ткани.Дефазирование в жировой тканипроисходит быстрее по сравнению с водой.Но кроме того Т2 релаксация зависит от микроокружения протонов (pH, ионной силы и т.п.), что делает её более чувствительной к патологическим состояниям. График демонстрирует изменение суммарной намагниченности в Mxy. В момент времени,равный 0, все спины находятся в фазе,но затем начинается смещение пофазе. T2 релаксация – также постоянная времени. $c:\users\first\yandexdisk\скриншоты\2017-04-18_12-05-21.png$

T2 определяется каквремя, необходимое для достижения37% количества смещенных по фазепротонов от первоначальногозначения.

T2 релаксация происходит за десятки миллисекунд, в то время как T1 релаксация может достигать секунд.На время релаксации также может влиять температура.

Когда оба процесса релаксации завершены, суммарный вектор намагниченности снова
направлен (вдоль главного магнитного поля) и протоны вращаются не в фазе.

Регистрация сигнала

Во время процессов релаксации протоныизлучают избыточную энергию, полученную от
90º РЧ импульса, в виде радиоволн. Длясоздания изображения необходимо собрать
эти волны прежде, чем они исчезнут впространстве.

Это можно осуществить с помощью приемной катушки, но она должна быть помещенапод определенными углами к главномумагнитному полю (B0). И вот почему: еслимы откроем катушку, мы по существу ничегоне увидим, кроме петли медного провода.При прохождении магнитного поля через петлю, в ней индуцируется ток, но B0 – очень сильное магнитное поле; намногосильнее, чем РЧ сигнал, который мы хотимполучить. Это означает, что при неправильном помещениикатушки, B0, проходясквозь катушку, индуцирует огромный ток, анебольшой ток, вызванный РЧ волной,подавляется. Единственный способ выполнить это требование заключается впомещении приемной катушки под правильными углами (см.рисунок). Большинство катушек специально разработаны для определенной частитела, где эти принципы учтены. $c:\users\first\yandexdisk\скриншоты\2017-04-18_12-05-35.png$

Расположение катушек под правильными углами преследует еще одну цель: получение сигналов только от тех процессов, которые происходят под определенными углами к B0. Т.е. регистрация T2 релаксации. T2 релаксация – затухающий процесс, означающий высокую фазовую когерентность в начале процесса, но быстро уменьшающуюся до полного исчезновения когерентности в конце. Следовательно, полученный сигнал в начале
сильный, но быстро ослабевает за счет T2 релаксации. Сигнал называется спадом магнитной индукции (FID - FreeInductionDecay). FID –сигнал, отражающий возвращение спиновой системы к исходному состоянию.

$c:\users\first\yandexdisk\скриншоты\2017-04-22_16-23-32.png$ $c:\users\first\yandexdisk\скриншоты\2017-04-19_23-01-21.png$

Времена релаксации тканей с возрастом уменьшаются.

Кодирование сигнала

Если предположить, что магнитное поле однородно на 100 % (что не так), то все протоны в организме вращались бы с Ларморовой частотой. Это также означает, что все протоны возвращали бы сигнал. Как
узнать, откуда поступает сигнал? Решение этой проблемы найдено в свойствах РЧ волны, а именно:
фаза, частота и амплитуда.

Имеются 3 набора проводов. Каждый набор может создавать дополнительное магнитное поле в определенном направлении: Z, X или Y. Когда ток поступает в Z градиент, дополнительное магнитное поле создается в Z направлении. Аналогичное происходит в других градиентах. Эти наборы проводов зафиксированы в смоле и помещены в отверстие магнита. $c:\users\first\yandexdisk\скриншоты\2017-04-18_13-07-44.png$

$c:\users\first\yandexdisk\скриншоты\2017-04-18_13-07-58.png$

Для получения полноценного двумерного МРТ изображения используется подача трех импульсных градиентных магнитного поля в трех взаимно перпендикулярных направлениях

Срез-кодирующий градиент(Gss)

При включении Z-градиента,в этом направлении генерируется дополнительноемагнитное поле, накладывающееся на B0. Вдоль всего наклонаградиента поле B0 становится различно. Более сильное поле B0 означает более высокую Ларморовую частоту (частота протонов меняется на величину, пропорциональную величине изменения магнитного поля). Следовательно, протоны начинают вращаться с разными частотами. Поэтому, протоны головыбудут вращаться немногобыстрее, чем в изоцентре. Для протонов ног – обратная картина. И, если мы применим РЧ импульс с нужной частотой, прореагируют только протоны в нужном срезе, потому что они - единственные, резонансная частота которых осталасьпрежней.Это называется срезкодированием или срезселекцией.Теперь для одного направления (Z-направления) мы знаем, откуда поступает сигнал. $c:\users\first\yandexdisk\скриншоты\2017-04-22_16-43-54.png$

В срезе находится огромноеколичество протонов, и мы всеравно не знаем из какой частисреза получен сигнал: передней,задней, левой или правойсторон.

Фазо-кодирующий градиент(Gpe)

Для дальнейшего кодирования протонов на очень короткое время включается градиент Gy.
В течение этого времени в anterior-posterior направлении создается дополнительное
магнитное поле градиента.В этом случае передние протоны будут вращаться немного быстрее, чем задние протоны.Из-за этого различия протоны больше не вращаются в фазе. Взглянув на протоны 1 и 2, мыувидим, что протон 1 накопил большую фазу по сравнению с протоном 2. $c:\users\first\yandexdisk\скриншоты\2017-04-18_13-16-20.png$ $c:\users\first\yandexdisk\скриншоты\2017-04-18_13-16-29.png$

Когда градиент Gy выключен,каждый протон в срезевращается с одинаковойчастотой, НО каждый имеет
различную фазу (Рисунок 36).Это называется кодированием
фазы.
Частотно-кодирующий градиент(Gro)или считывающий градиент

Для кодирования левого-правого направления включается третий и последний градиентGx, создающий дополнительное магнитное поле в этом направлении.Протоны с левой стороны вращаются с более низкой частотой, чем с правой.Они накапливают дополнительный сдвиг фазы из-за различий в частотах, но - что крайневажно - уже приобретенная разность фаз, полученная при кодировании фазы градиента напредыдущем шаге, сохраняется.Теперь возможно определить, поступает ли сигнал с левой, центральной или правойстороны среза. $c:\users\first\desktop\2.jpg$ $c:\users\first\yandexdisk\скриншоты\2017-04-18_13-16-14.png$

Амплитуда же сигнала зависит от количества протонов(в вокселе).1.Gz градиент выбрал аксиальный срез.
2. Gy градиент создал строки с разными
фазами и Gx градиент сформировал столбцы с
разными частотами (Х и У градиенты включаются одновременно в перпендикулярных друг другу направлениях). $c:\users\first\yandexdisk\скриншоты\2017-04-18_13-08-20.png$

Далее компьютер собирает данные в некую матрицу и производит двумерное преобразование Фурье (ДПФ), котороепозволяет компьютеру вычислить точноеразмещение и интенсивность (яркость) каждого воксела. За один шаг кодирование фазы выполняется только для одной строки. Для
сканирования целого среза полный процесс кодирования среза, фазы и частоты должен быть повторен столько раз, сколько определено параметром матрицы(например, при матрице МР-томограммы размерностью 256х256 точек или пиксел необходимо проведение 256 циклов для каждого среза), что существенно удлиняет время исследования. Но при этом, чем больше фазокодирующих циклов приходится проводить, тем выше будет отношение сигнал/шум). Это также объясняет потребность в параметре сканирования – время повторения (RepetitionTime -TR). Трехмерная МРТ (структурной единицей которого, по аналогии с КТ, является воксель) заключается в подаче по одному из направлений дополнительного фазо-кодирующего градиентаи применении для формирования МРТ-изображений трехмерного преобразования Фурье. За счет возбуждения большого объема ткани, в который входит собственно вся зона интереса, отношение сигнал/шум при 3D МРТ выше, чем при 2D, что позволяет существенно увеличить разрешение изображения при том же времени исследования.

Именно поэтому при покупке МРТ сканера, очень важно обратить особое внимание на подсистему градиента. Идеально, при включении градиента немедленно достигается максимум мощности, апри выключении сразу уменьшается до нуля. К сожалению, в действительности градиенту необходимонекоторое время, чтобы достичь максимума мощности при включении и нуля при выключении. Главными параметрами подсистемы градиента являются характеристики:
1. Максимальная сила: как можно выше (минимальное поле наблюдения FOV и
максимальная матрица).
2. Время нарастания: как можно короче. $c:\users\first\yandexdisk\скриншоты\2017-04-18_13-41-05.png$ $c:\users\first\yandexdisk\скриншоты\2017-04-18_13-33-05.png$

Толщина среза при кодировке сигнала определяется двумя факторами:
1. Крутизной наклона поля градиента.
2. Полосой частот 90º РЧ импульса.

Чем больше величина градиента магнитного поля, тем тоньше будет толщина среза и меньше соотношение сигнал/шум. Уменьшение толщины срезов вызовет увеличение количества срезов, а значит, увеличит и время исследования.
К-пространство

Данные МРТ до преобразования в изображение (исходные или необработанные данные)–
это то, что составляет k-пространство. Синонимом k-пространства является матрица. $c:\users\first\yandexdisk\скриншоты\2017-04-18_23-44-24.png$

Данный квадрат символизирует эту матрицу. Полученные данные заносятся в него так, что низкочастотные сигналы поступают в центр, а сигналы с высокими частотами располагаются вокруг центра.

Низкочастотный сигнал содержит информацию о сигнале и контрасте, а высокие частоты включают информацию о пространственном разрешении.

$c:\users\first\yandexdisk\скриншоты\2017-04-18_23-44-34.png$

Данный квадрат уже демонстрирует заполненную данными матрицу, четко демонстрирующую описанные выше принципы (центр, содержащий высокий и низкий сигналы – контрастность/ кольца – пространственное разрешение), и, помимо этого, симметричность k-пространства слева-направо и сверху-вниз. $c:\users\first\yandexdisk\скриншоты\2017-04-18_23-44-54.png$

Изображение реконструировано только из центральной части k-пространства: изображение контрастно, но очень расплывчато.

Изображениереконструировано из внешней частиk-пространства: оно показывает четкие контуры, нопочти не содержит контрастную информацию.
$c:\users\first\yandexdisk\скриншоты\2017-04-18_23-45-04.png$

Заполнение k-пространства

Так как за один шаг кодирование фазы можновыполнить только для одной строки, мы должны повторять полный процесс возбуждения,кодирования фазы и так далее столько раз, сколько определено параметром матрицы. k-пространство поэтому также заполняется построчно.

$c:\users\first\yandexdisk\скриншоты\2017-04-18_23-45-15.png$

Предположим, мы выполняем сканирование с матрицей 256 x 512. Графики, на которые указывают стрелки, означают мощность градиента иполярность (+ или -). Числа в скобках указывают номер строки в k-пространстве: перваястрока – 1; последняя – 256. Каждая строка будет составлена из 512 точек.При первом прохождении последовательности применяется + градиент с мощностью 128 изаполняется 1-ая строка k-пространства. При втором прохождении применяется + градиентс мощностью 127 и заполняется 2-ая строка k-пространства. При 129-ом прохожденииградиент не применяется, и заполняется 129-ая строка k-пространства. В 160-ом повторении применяется - градиент с мощностью -31, при этом заполняется 160-ая строка, и такдалее, пока все k-пространство не будет заполнено.
Поскольку мы выбрали матрицу кодирования фазы (MXPE), равную 256, сканирование
Так в действительности и происходит приобычном сканировании.
Но нет необходимости заполнять k-пространство полностью сверху донизу:при заполнении k-пространства более чем на 50%, затем возможно заполнить недостающие строки уже
полученными ранее - т.к. k-пространство симметрично. Большим преимуществом такого метода является сокращение временисканирования, однако в жизни ничего не дается даром и существует обратная сторона этого приема:результирующее изображение несколько расплывчато. Причина заключается в несовершенной симметрии k-пространства. Такой метод применяется только когда необходимо очень быстрое сканирование при использовании таких функцийкак МР ангиография или перфузионное / диффузионное сканирование.

Методы заполнения k-пространства.

Линейный
Метод, который описан выше.

Центральный
Как следует из названия, заполнение k-пространства начинается в центре. Это означает, что данные 1-ого прохождения сканирования помещаются не в 1-ую строку k-пространства, а в нулевую. Это полезно, когда сначала необходимо сохранить информацию о контрасте, что имеет место при усиленном контрасте МР ангиографии. $c:\users\first\yandexdisk\скриншоты\2017-04-18_23-45-34.png$

Спиральный
Данный метод используется с очень быстрыми методиками сканирования, например, эхо планарное формирование изображения (EchoPlanarImaging – EPI) с
одним снимком. Все k-пространство заполняется после однократного сбора данных. Недостатком метода является низкое пространственное разрешение и высокая чувствительность к неоднородности магнитного поля.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

	Учебно-методическое пособие Рекомендовано методической комиссией... Методы молекулярной диагностики: Учебно-методическое пособие. Авторы: А. Д. Перенков, Д. В. Новиков, С. Г. Фомина, Л. Б. Луковникова,...		Учебно-методическое пособие Елабуга 2016 ббк 74. 58 Учебно-методическое... Методическое пособие предназначено для студентов 1 курса высших учебных заведений неязыковых специальностей
	Методическое пособие Саратов 2008 г. Организация комплексной системы... Методическое пособие предназначено для руководителей и преподавателей- организаторов обж образовательных учреждений		Организация и технология документационного обеспечения управления учебно-методическое пособие ...
	Учебно-методическое пособие Казань 2010 Печатается по рекомендации... Учебно-методическое пособие по курсу «Организационное поведение» /Д. М. Сафина. – Казань: Казанский (Приволжский) федеральный университет;...		Учебно-методическое пособие. Новосибирск, 2006 Учебно-методическое пособие предназначено инструкторам детско-юношеского и спортивного туризма с целью повышения уровня знаний и...
	Учебно-методическое пособие к лабораторным занятиям по курсу «Основы кристаллооптики» Практическое руководство по работе с поляризационным микроскопом для исследования петрографических объектов: Учебно-методическое...		Учебно-методическое пособие организация инженерной защиты населения Учебно-методическое пособие разработано применительно к Программе обучения слушателей на курсах гражданской защиты Копейского городского...
	Учебно-методическое пособие для студентов пм. 04.(07.) «Выполнение... Учебно-методическое пособие составлено в соответствии с требованиями Федерального Государственного образовательного стандарта по...		Учебно-методическое пособие санкт-Петербург 2009г. Автор: Г. П. Подвигин... Учебно-методическое пособие предназначено для должностных лиц, специалистов го и рсчс организаций
	Учебно-методическое пособие Кемерово 2015 г. Согласовано: кроо «памск» Учебно-методическое пособие предназначено для студентов стоматологического факультета, гигиенистов стоматологических со средним медицинским...		Федеральное государственное образовательное учреждение Высшего профессионального... Вакуумный практикум: Учебно-методическое пособие.  Ростов-на-Дону, 2008.  55с
	Учебно-методическое пособие тверь 2015 удк 339. 543(075. 8) Ббк у428-861.... С 47 Таможенные платежи: учебно-методическое пособие. – Тверь: Твер гос ун-т, 2015. – 155 с		Учебно-методическое пособие для самостоятельной работы студентов... Учебно-методическое пособие предназначено для самостоятельной подготовки и отработки мануальных навыков сестринской практики в условиях...
	Учебно-методическое пособие по профессиональному модулю Выполнение... Учебно-методическое пособие составлено в соответствии с требованиями фгос спо по специальностям 060501 Сестринское дело, 060101 Лечебное...		Учебно-методическое пособие по освоению практических навыков входит... Учебно-методическое пособие предназначено для использования в учебном процессе при проведении занятий по дисциплине «Фармацевтическая...

Учебно-методическое пособие

Похожие: