ΜΑΓΝΗΤΙΚΗ ΤΟΜΟΓΡΑΦΙΑ Κωστακοπούλου Ζωή Σεμινάριο Φυσικής 2009-2010

ΠΥΡΗΝΙΚΟΣ ΜΑΓΝΗΤΙΚΟΣ ΣΥΝΤΟΝΙΣΜΟΣ Πρωτόνιο  Μικροσκοπικός μαγνήτης λόγω spin. Σε κατάσταση ηρεμίας, πυρήνες με περίσσεια πρωτονίων (ή νετρονίων) έχουν μαγνητική ροπή σε διάφορες κατευθύνσεις.

Πρωτόνιο + Βο  spin παράλληλο στο Βο (χαμηλότερη ενέργεια-προτιμότερο) ή αντιπαράλληλο (υψηλή ενέργεια).

Μεταπτωτική κίνηση Μ γύρω από Βο. Παρουσία Βο ασκείται στη μαγνητική ροπή Μ μια μηχανική ροπή. Μεταπτωτική κίνηση Μ γύρω από Βο. Συχνότητα Larmor ω= γ Βο Γυρομαγνητικός λόγος γ= e/2m

Όταν Μ // Βο δεν ανιχνεύουμε σήμα (σχ.Α). Πρέπει να μετακινήσουμε το διάνυσμα Μ, μαγνήτισης, στο εγκάρσιο επίπεδο(σχ.Β). Έτσι: εφαρμόζουμε Β1 (παλμός RF) στο xy επίπεδο. Το άνυσμα Μ, μετακινείται στο xy επίπεδο κάνοντας μία σύνθετη κίνηση. θ = γ Β1 t , t=διάρκεια παλμού.

RF – B1 μετακίνηση ανύσματος Μ από άξονα z στο xy. α) Απορρόφηση ενέργειας από RF (συχνότητα Larmor) μεταπήδηση σε ανώτερη στάθμη με αντιπαράλ- ληλο spin. β) Πρωτόνια έρχονται σε «φάση» (κίνηση προς την ίδια κατεύθυνση). Προσθέτουν τα ανύσματα μαγνήτισής τους συνολικό Μxy.

Επιστροφή στην αρχική κατάσταση . Μz , Mxy = ο. Παύση παλμού RF: Επιστροφή στην αρχική κατάσταση . Μz , Mxy = ο. Πρωτόνια με αντιπαράλληλο spin αποδίδουν ενέργεια στο πλέγμα & επιστρέφουν στην αρχική κατάσταση. Η Μz αποκτά το αρχικό μέγεθος (t=T1). Tα πρωτόνια δεν είναι σε φάση λόγω μεταξύ τους αλληλεπίδρασης και ανομοιογενειών του Βο. Έτσι Μxy  0 (t=T2).

Mz=M0[1-(1-M’z/Mo)exp(-t/T1)] Χρόνοι χαλάρωσης Τ1 , Τ2 : Τ1: Χρόνος που χρειάζεται η Μz για να επιστρέψει στο 63% (1-1/e)της αρχικής τιμής. Mz=M0[1-(1-M’z/Mo)exp(-t/T1)] Μικρά μόρια  τα πρωτόνια ανώτερης στάθμης δεν προλαβαίνουν να αποδώσουν ενέργεια Τ1. Οπότε Cνερ. Τ1 , ασθενές σήμα  σκούρα απεικόνιση. Μεγαλομόρια  γρήγορη απόδοση ενέργειας. Οπότε Τ1 , ισχυρό σήμα  φωτεινή απεικόνιση.

Στερεά και μεγάλα μόρια  σταθερότερη δομή Τ2: Χρόνος που χρειάζεται η Μxy για να μειωθεί κατά 63%, δηλαδή να πέσει στο 37% (1/e). Mxy = Mxy(o)exp(-t/T2) Στερεά και μεγάλα μόρια  σταθερότερη δομή Διατήρηση μαγνητικών πεδίων που προκαλούν αλληλεπιδράσεις spin και χάσιμο «φάσης» ( Τ2)

Γενικά Τ1 >Τ2 : -Πιο εύκολα βρίσκονται οι πυρήνες Γενικά Τ1 >Τ2 : -Πιο εύκολα βρίσκονται οι πυρήνες εκτός φάσης, παρά να έχουν περίσσεια ενέργειας που αποδίδουν. -Όταν αποδώσουν την ενέργεια σε χρόνο Τ1 (θερμική ισορροπία), έχουμε τέλος ΟΛΩΝ των ενεργειακών διεργασιών κ άρα η χαλάρωση Τ2 δε μπορεί να συνεχιστεί.

Ιστός-όργανο Τ1 Τ2 Λίπος 180 90 Ήπαρ 270 50 Φλοιός νεφρού 360 70 Λευκή ουσία ΚΝΣ 390 ΕΝΥ 2000 300 Αίμα 800 Μύες 600 40 Ύδωρ 2500

ΔΟΜΗ ΜΑΓΝΗΤΙΚΟΥ ΤΟΜΟΓΡΑΦΟΥ: Μαγνήτης – παραγωγή στατικού μαγν. Πεδίου ΔΟΜΗ ΜΑΓΝΗΤΙΚΟΥ ΤΟΜΟΓΡΑΦΟΥ: Μαγνήτης – παραγωγή στατικού μαγν. Πεδίου Συστήματα πεδίων κλίσης– παραγωγή μαγνητικών πεδίων κλίσης x,y,z για την χωρική κωδικοποίηση του σήματος. Συστήματα RF – πηνία εκπομπής διέγερσης πυρήνων, πηνία δέκτες σήματος. Η/Υ, Συστήματα χειρισμού, Θωρακίσεις.

Υπάρχουν διάφοροι τύποι: Μαγνήτης : Υπάρχουν διάφοροι τύποι: ΜΟΝΙΜΟΣ: Σιδηρομαγνητικά υλικά. Μαγνητίζονται και δεν χρειάζονται άλλη ενέργεια. ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΗΣ ΩΜΙΚΗΣ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗΣ: Το μαγνητικό πεδίο δημιουργείται από ροή ρεύματος σε πηνία ΥΠΕΡΑΓΩΓΙΜΟΣ: Το μαγνητικό πεδίο δημιουργείται από ροή ρεύματος σε πηνία, κατασκευασμένα από ειδικό κράμα που η αντίσταση μηδενίζεται σε Τ~ 0Κ.

ΜΟΝΙΜΟΣ ΜΑΓΝΗΤΗΣ Πλεονεκτήματα Ασθενή πεδία-δε χρειάζεται θωράκιση Χαμηλό κόστος συντήρησης Μειονεκτήματα Μεγάλο βάρος Περιορισμένο σε ένταση μαγνητικό πεδίο (0,3-0,4Τ) Μη ικανοποιητική ομοιογένεια

ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΗΣ Πλεονεκτήματα Καλή ομοιογένεια Χαμηλό κόστος Μειονεκτήματα Υψηλό κόστος ηλεκτρικής ενέργειας Περιορισμένη ένταση Δημιουργία ισχυρών περιβάλλοντων πεδίων

ΥΠΕΡΑΓΩΓΙΜΟΣ ΜΑΓΝΗΤΗΣ Πλεονεκτήματα Ισχυρά πεδία Ομοιογένεια πεδίου Σταθερότητα πεδίου Περιορισμένες ενεργειακές ανάγκες Μειονεκτήματα Υψηλό κόστος αγοράς-συντήρησης Δημιουργία ισχυρών περιβάλλοντων πεδίων Πιθανότητα απόπνιξης

ΜΕΡΗ ΜΑΓΝΗΤΙΚΟΥ ΤΟΜΟΓΡΑΦΟΥ

ΜΑΓΝΗΤΗΣ Παράγει στατικό μαγνητικό πεδίο Β0 έντασης 0,1 – 3 Τ. (Ένταση μαγν. πεδίου γης 45μΤ. Ένταση μαγνητών σε νεκροταφεία αυτοκινήτων 1,5Τ) Χρησιμοποιούνται και πηνία εξομάλυνσης για την εξομάλυνση των ανομοιογενειών του πεδίου Β0.

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΠΕΔΙΩΝ ΚΛΙΣΗΣ Παράγουν πεδία κλίσης στους 3 άξονες για το χωρικό προσδιορισμό της εξεταζόμενης περιοχής. ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ RF Πηνία εκπομπής ραδιοκυμάτων για τη διέγερση των πυρήνων. Πηνία – δέκτες σήματος. Εντοπίζουν ένα μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο ως ρεύμα που διέρχεται από αυτά.

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΟΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΗΣ : ψηφιοποίηση σήματος και απεικόνιση ΚΟΝΣΟΛΑ ΧΕΙΡΙΣΜΟΥ, ΣΥΣΤΗΜΑ ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗΣ ΠΕΡΙΦΕΡΕΙΑΚΕΣ ΣΥΣΚΕΥΕΣ ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗΣ ΑΣΘΕΝΟΥΣ

Διαδικασία εξέτασης Ο ασθενής τοποθετείται στο μαγνήτη, ο οποίος τίθεται σε λειτουργία Παράγονται RF παλμοί στη συχνότητα Larmor Ενεργοποιούνται τα πηνία παραγωγής πεδίων κλίσης Τα πρωτόνια περιστρέφονται και παράγουν σήμα Τα σήματα συλλέγονται από τα πηνία-δέκτες, γίνεται η επεξεργασία στον Η/Υ και έπειτα η απεικόνιση.

ΔΙΑΚΡΙΤΙΚΗ ΙΚΑΝΟΤΗΤΑ MRI  1 μm ΡΕΤ  1 mm CT  1 cm

ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ Μη επεμβατική μέθοδος Μη επιβάρυνση εξεταζόμενου με ακτινοβολία Υψηλή διακριτική ικανότητα Έγκαιρος εντοπισμός βιοχημικών αλλαγών, πριν το σχηματισμό κακοήθειας 3-διάστατη απεικόνιση .

ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ Δεν εφαρμόζεται σε άτομα με μεταλλικά εμφυτεύματα ή βηματοδότη υψηλό κόστος κατασκευής – συντήρησης  άρα ΚΑΙ εξέτασης Δεν εφαρμόζεται στην απεικόνιση οστών Απαίτηση σύνθετης γνώσης φυσικών εφαρμογών, πληροφορικής, μαθηματικών, φυσιολογίας και ανατομίας.

«Μαγνητική τομογραφία», Απόστολος Χ. Καραντάνας, Εκδόσεις ΒΗΤΑ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ «Μαγνητική τομογραφία», Απόστολος Χ. Καραντάνας, Εκδόσεις ΒΗΤΑ «Ιατρικά απεικονιστικά συστήματα»,Κουτσούρης, Νικήτα, Παυλόπουλος, Εκδόσεις Τζιόλα,2004 «Απεικόνιση μαγνητικού συντονισμού», Καρατόπης Α., Κανδαράκης Ι., Εκδόσεις Αράκυθος «Basic principles of MR Imaging», PHILIPS. «Foundations of medical imaging», Ζang-hee Cho, Joiep.Jones, Manbir Singh