TKT MRI SAMENVATTING
VOORAFGAANDE JAREN:
WERKING MRI:
Larmorfrequentie = 42,57 x T
De gradatie in het magneetveld komt tot stand door het inschakelen van gradiëntspoelen. De
gradiëntspoelen behoren tot de hardware van een MRI-scanner. Gradiënten bepalen MRI-slices en
zorgen ook voor lawaai in de MRI:
- X → sagittaal, dus links-rechts
- Y → coronaal, dus voor-achter
- Z → transversaal, dus boven-onder
De MRI trekt ferromagnetisch materiaal aan, dus er mag absoluut geen metaal aanwezig zijn in de MRI.
Daarom moet je patiënten screenen op metaal.
Als we naar een groepje waterstof protonen kijken zien we in feite een heleboel
kleine staafmagneetjes die om hun eigen as draaien (Figuur 12). Zoals je je kunt
herinneren van school stoten twee gelijke polen van een magneet elkaar af
terwijl twee ongelijke polen elkaar aantrekken. In ons lichaam zijn deze kleine
staafmagneetjes op zo’n manier geordend dat de magneetveldjes elkaar
neutraliseren. Ons lichaam is magnetisch gezien in balans. En dat is maar goed
ook, anders zouden we een hoop metaal aantrekken als we over straat gaan.
Als we iemand in de magneet leggen, gebeuren er een paar interessante dingen
met de waterstof protonen:
1. Ze richten zich naar het magneetveld. Dat kan op twee manieren: parallel of anti-parallel.
(B0 is de aanduiding voor het magneetveld van de MRI scanner).
2. Ze gaan bewegen op een manier die bekend staat als “precessie” of “schommelen” als gevolg van het
magnetisch moment van het atoom.
Precessie kan het best vergeleken worden met de beweging van een draaiende tol. De
tol draait om zijn eigen as, maar door de aantrekkingskracht van de aarde, draait hij ook
nog langzaam uit het lood; hij helt voortdurend naar buiten. Na verloop van tijd, als de
tol zijn snelheid verliest zal hij uiteindelijk omvallen. Een proton behoudt z’n snelheid
en zal dus niet omvallen.
,Ze “schommelen” met de Larmor frequentie. De Larmor frequentie behoeft enige nadere uitleg. De
Larmor frequentie kan berekend worden m.b.v. de volgende vergelijking (maak je geen zorgen; dit is de
eerste van slechts twee vergelijkingen die je tegenkomt in dit verhaal):
Precessie- of Larmorfrequentie= γ (Gyro Magnetische Ratio) x de magneetveldsterkte
Maar waarom is dit zo belangrijk? Welnu, we hebben de Larmor frequentie nodig om de “bedrijfs”-
frequentie van de MRI scanner te berekenen. Als we een 1.5 Tesla MRI systeem hebben, dan is de Larmor-
of precessiefrequentie: 42.57 x 1.5 = 63.855 MHz.
Bovenstaande gebeurt dus als je een persoon in de scanner legt.
We zagen dat wanneer protonen het effect van het sterke magneetveld
voelen ze op twee manieren gericht worden: parallel en anti-parallel. We
zouden dit ook Lage- en Hoge Energie Toestand kunnen noemen. De
verdeling van de protonen voor beide toestanden is niet gelijk. Protonen zijn,
net als veel mensen, lui. Ze hebben de voorkeur voor de Lage Energie
Toestand. Er zijn meer protonen parallel gericht of in Lage Energie Toestand
dan anti-parallel of in Hoge Energie Toestand. (Figuur 15). Echter het
verschil is niet groot. Het overschot aan protonen die parallel gericht zijn in
een 0.5T veld is slechts 3 per miljoen. En het is met dit overschot aan
protonen waar we de plaatjes in MRI mee maken. Dat is ook de reden
waarom 1.5T systemen betere plaatjes maken dan systemen met een lagere
veldsterkte.
Uiteindelijk zien we een netto magnetisatie (de som van alle kleine magneetveldjes van iedere proton)
die in dezelfde richting wijzen als het magneetveld van het systeem. We gaan verder met deze netto
magnetisatie.
Een vector (pijl) heeft een richting en een kracht. Om te zien wat er met de
vector (netto magnetisatie) gebeurt moeten we ons een assenstelsel, X, Y en
Z voorstellen. De Z-as wijst altijd in de richting van het hoofd magnetisch veld,
terwijl X en Y altijd loodrecht hierop staan. De netto magnetisatie is figuur 16
wordt nu Mz genoemd.
Excitatie
Voordat het systeem begint met data acquisitie zal het eerst een snelle meting (ook wel pre-scan
genoemd) doen om (onder andere) te bepalen met welke frequentie de protonen draaien (de Larmor
frequentie). Deze “basis” frequentie is belangrijk omdat het systeem dat gebruikt voor de volgende stap.
Als de “basis” frequentie bepaald is begint het systeem met de data acquisitie. Nu houden we de boel
heel simpel. Geen moeilijke pulssequenties. Dat doen we later. Nu zenden we alleen een Radio
Frequente (RF) puls naar de patiënt en we kijken wat er gebeurt.
,Laten we aannemen dat we met een 1.5T systeem werken. De “centre” of bedrijfsfrequentie van het
systeem is 63.855 MHz. Om de netto magnetisatie te manipuleren moeten we derhalve een RF puls
zenden met een frequentie die overeenkomt met de “centre” frequentie van het systeem: 63.855 MHz.
Alleen protonen die met dezelfde frequentie draaien als de RF puls zullen reageren op die puls. Als we een
RF puls met een andere frequentie zenden, zeg 59.347 MHz, dan gebeurt er niets.
Met het zenden van een RF puls op de “centre” frequentie, met een
bepaalde sterkte (amplitude) en gedurende een bepaalde tijd, is het
mogelijk om de netto magnetisatie te roteren in een vlak dat loodrecht op
de Z-as staat, in dit geval het X-Y vlak (Figuur 17). We hebben zojuist de
netto magnetisatie 90º “geflipt”. Later zullen we zien dat er in onze
pulssequentie een parameter is, Flip Angle (FA) genoemd, die aangeeft
hoeveel graden we de netto magnetisatie roteren. Het is mogelijk om de
netto magnetisatie iedere hoek tussen 1º tot 180º te roteren. Nu
gebruiken we alleen een FA van 90º. Dit hele gebeuren noemen we
excitatie.
Relaxatie
We hebben de netto magnetisatie 90º in het X-Y vlak geroteerd. We zouden ook kunnen zeggen dat we de
protonen in een hogere energie toestand hebben gebracht. Dit kon gebeuren omdat de protonen energie
van de RF puls hebben geabsorbeerd. Het is echter een situatie die de protonen niet erg op prijs stellen. Je
zou het kunnen vergelijken met op je handen lopen; het is mogelijk, maar je vindt het niet leuk meer na
een tijdje. Je loopt liever op je voeten. Hetzelfde geldt voor de protonen; ze zijn liever gericht met het
magneetveld mee of in andere woorden, ze zitten liever in een lage energie toestand. Nu gebeurt er iets
dat bekend staat als Relaxatie. Het relaxatie proces kan onderverdeeld worden in twee delen: T1 en T2
relaxatie.
T1 Relaxatie
De protonen willen terug naar hun uitgangspositie. Dit doen ze door hun geabsorbeerde energie in de
vorm van (een klein beetje) warmte en RF golven af te geven. In feite
gebeurt het omgekeerde van excitatie. De netto magnetisatie roteert
terug om zich weer met de Z-as mee te richten.
Als de RF excitatie puls stopt, dan zal de netto magnetisatie vector langs
de Z-as groeien met afgifte van radiofrequente golven (Figuur 18). T1
relaxatie beschrijft wat er gebeurt in de Z richting. Dus, na een poosje, is
de situatie precies zoals hij was voordat we de RF puls uitzonden. T1
relaxatie is ook bekend als Spin-Lattice relaxatie, omdat de energie
aan het omgevende weefsel (de lattice) wordt afgegeven. Tot zover gaat
het goed! Dit proces is relatief makkelijk te begrijpen omdat men het zich
in gedachten voor kan stellen.
T1 relaxatie curve
Alle protonen in het volume die de 90 graden excitatie puls ‘gevoeld’ hebben ondergaan T1 relaxatie. Elk
soort weefsel doet dit op zijn eigen tempo. Sterk gebonden protonen geven hun energie veel sneller af aan
hun omgeving dan zwak gebonden protonen. Daarom is de
mate waarin ze energie afgeven ook anders.
T1 is gedefinieerd als de tijd die de longitudinale magnetisatie
(Mz) nodig heeft op 63% van de originele waarde te bereiken.
, T2 relaxatie
T2 beschrijft wat er gebeurt in het X-Y vlak.
Ieder individueel proton draait om zijn eigen as. Hoewel ze met dezelfde snelheid ronddraaien, draaien ze
niet in fase of, anders gezegd, er is geen fasecoherentie. Als we nu een 90º puls geven, gebeurt er iets
interessants: behalve dat de magnetisatie naar het X-Y vlak geflipt wordt, zullen de protonen OOK in fase
gaan draaien!!
Dus, direct na de 90º puls draait de netto magnetisatie vector (nu transversale magnetisatie genoemd)
om de Z as in het X-Y vlak. Alle vectoren wijzen dezelfde kant op omdat ze in fase zijn. Deze situatie duurt
echter niet lang. Omdat de magneetvelden van iedere vector door een ander beïnvloed wordt kan de
situatie ontstaan dat één vector langzamer gaat draaien terwijl de andere juist sneller gaat draaien. De
vectoren zullen met verschillende snelheden om de Z as gaan roteren en zullen daarom niet bij machte
zijn om in dezelfde richting te wijzen: ze zullen gaan defaseren. Dat gaat in het begin langzaam, maar dat
zal sneller gaan totdat er geen fase coherentie meer bestaat: er zijn geen vectoren meer die in dezelfde
richting wijzen. Ondertussen draait die hele toestand nog om de Z as in het X-Y vlak. Het proces om van
een gehele in fase toestand naar een gehele uit fase toestand te komen is wat men noemt T2 relaxatie.
T2 relaxatie curve
Direct na de 90 graden puls is alle magnetisatie in het X-Y vlak geflipt. De netto magnetisatie veranderd nu
van naam en heet nu transversale magnetisatie of M xy. T2 is gedefinieerd als de tijd die nodig is voor de
transversale magnetisatie om tot 37% van de originele waarde te defaseren. Vetweefsel zal snel
defaseren, terwijl water hier langer over doet. Ook gebeurd T2 veel sneller dan T1 relaxatie. T2 staat
bekend als spin spin relaxatie omdat het de interactie tussen de protonen in hun directe omgeving
beschrijft.
Onthoudt dit:
o T1 and T2 relaxatie zijn twee onafhankelijke processen die simultaan optreden
o T1 gebeurt langs de Z as; T2 gebeurt in het X-Y vlak
o T2 is veel sneller dan T1
o T1= water zwart, vet wit
o T2 = water wit, vet zwart
o T1 is meer anatomie, T2 meer pathologie
Als beide relaxatie processen voltooid zijn dan is de netto magnetisatie vector weer gericht met het
hoofdveld (B0) en de protonen draaien weer uit fase: de situatie zoals die was voordat we de 90º puls
gaven.
Het ontvangen signaal noemen we: Free Induction Decay (FID). De FID is
het signaal dat we zouden ontvangen als er geen magneetveld aanwezig is.
In aanwezigheid van een magneetveld gaat T2 verval veel sneller door lokale
(microscopisch kleine) inhomogeniteiten van het magneetveld en iets wat
“chemical shift” genoemd wordt, tezamen bekend als T2* effecten. Het
signaal dat we ontvangen is veel korter dan T2. Het eigenlijke signaal vervalt
zeer snel; in ± 40 milliseconden is het praktisch vervallen tot nul.
VOORAFGAANDE JAREN:
WERKING MRI:
Larmorfrequentie = 42,57 x T
De gradatie in het magneetveld komt tot stand door het inschakelen van gradiëntspoelen. De
gradiëntspoelen behoren tot de hardware van een MRI-scanner. Gradiënten bepalen MRI-slices en
zorgen ook voor lawaai in de MRI:
- X → sagittaal, dus links-rechts
- Y → coronaal, dus voor-achter
- Z → transversaal, dus boven-onder
De MRI trekt ferromagnetisch materiaal aan, dus er mag absoluut geen metaal aanwezig zijn in de MRI.
Daarom moet je patiënten screenen op metaal.
Als we naar een groepje waterstof protonen kijken zien we in feite een heleboel
kleine staafmagneetjes die om hun eigen as draaien (Figuur 12). Zoals je je kunt
herinneren van school stoten twee gelijke polen van een magneet elkaar af
terwijl twee ongelijke polen elkaar aantrekken. In ons lichaam zijn deze kleine
staafmagneetjes op zo’n manier geordend dat de magneetveldjes elkaar
neutraliseren. Ons lichaam is magnetisch gezien in balans. En dat is maar goed
ook, anders zouden we een hoop metaal aantrekken als we over straat gaan.
Als we iemand in de magneet leggen, gebeuren er een paar interessante dingen
met de waterstof protonen:
1. Ze richten zich naar het magneetveld. Dat kan op twee manieren: parallel of anti-parallel.
(B0 is de aanduiding voor het magneetveld van de MRI scanner).
2. Ze gaan bewegen op een manier die bekend staat als “precessie” of “schommelen” als gevolg van het
magnetisch moment van het atoom.
Precessie kan het best vergeleken worden met de beweging van een draaiende tol. De
tol draait om zijn eigen as, maar door de aantrekkingskracht van de aarde, draait hij ook
nog langzaam uit het lood; hij helt voortdurend naar buiten. Na verloop van tijd, als de
tol zijn snelheid verliest zal hij uiteindelijk omvallen. Een proton behoudt z’n snelheid
en zal dus niet omvallen.
,Ze “schommelen” met de Larmor frequentie. De Larmor frequentie behoeft enige nadere uitleg. De
Larmor frequentie kan berekend worden m.b.v. de volgende vergelijking (maak je geen zorgen; dit is de
eerste van slechts twee vergelijkingen die je tegenkomt in dit verhaal):
Precessie- of Larmorfrequentie= γ (Gyro Magnetische Ratio) x de magneetveldsterkte
Maar waarom is dit zo belangrijk? Welnu, we hebben de Larmor frequentie nodig om de “bedrijfs”-
frequentie van de MRI scanner te berekenen. Als we een 1.5 Tesla MRI systeem hebben, dan is de Larmor-
of precessiefrequentie: 42.57 x 1.5 = 63.855 MHz.
Bovenstaande gebeurt dus als je een persoon in de scanner legt.
We zagen dat wanneer protonen het effect van het sterke magneetveld
voelen ze op twee manieren gericht worden: parallel en anti-parallel. We
zouden dit ook Lage- en Hoge Energie Toestand kunnen noemen. De
verdeling van de protonen voor beide toestanden is niet gelijk. Protonen zijn,
net als veel mensen, lui. Ze hebben de voorkeur voor de Lage Energie
Toestand. Er zijn meer protonen parallel gericht of in Lage Energie Toestand
dan anti-parallel of in Hoge Energie Toestand. (Figuur 15). Echter het
verschil is niet groot. Het overschot aan protonen die parallel gericht zijn in
een 0.5T veld is slechts 3 per miljoen. En het is met dit overschot aan
protonen waar we de plaatjes in MRI mee maken. Dat is ook de reden
waarom 1.5T systemen betere plaatjes maken dan systemen met een lagere
veldsterkte.
Uiteindelijk zien we een netto magnetisatie (de som van alle kleine magneetveldjes van iedere proton)
die in dezelfde richting wijzen als het magneetveld van het systeem. We gaan verder met deze netto
magnetisatie.
Een vector (pijl) heeft een richting en een kracht. Om te zien wat er met de
vector (netto magnetisatie) gebeurt moeten we ons een assenstelsel, X, Y en
Z voorstellen. De Z-as wijst altijd in de richting van het hoofd magnetisch veld,
terwijl X en Y altijd loodrecht hierop staan. De netto magnetisatie is figuur 16
wordt nu Mz genoemd.
Excitatie
Voordat het systeem begint met data acquisitie zal het eerst een snelle meting (ook wel pre-scan
genoemd) doen om (onder andere) te bepalen met welke frequentie de protonen draaien (de Larmor
frequentie). Deze “basis” frequentie is belangrijk omdat het systeem dat gebruikt voor de volgende stap.
Als de “basis” frequentie bepaald is begint het systeem met de data acquisitie. Nu houden we de boel
heel simpel. Geen moeilijke pulssequenties. Dat doen we later. Nu zenden we alleen een Radio
Frequente (RF) puls naar de patiënt en we kijken wat er gebeurt.
,Laten we aannemen dat we met een 1.5T systeem werken. De “centre” of bedrijfsfrequentie van het
systeem is 63.855 MHz. Om de netto magnetisatie te manipuleren moeten we derhalve een RF puls
zenden met een frequentie die overeenkomt met de “centre” frequentie van het systeem: 63.855 MHz.
Alleen protonen die met dezelfde frequentie draaien als de RF puls zullen reageren op die puls. Als we een
RF puls met een andere frequentie zenden, zeg 59.347 MHz, dan gebeurt er niets.
Met het zenden van een RF puls op de “centre” frequentie, met een
bepaalde sterkte (amplitude) en gedurende een bepaalde tijd, is het
mogelijk om de netto magnetisatie te roteren in een vlak dat loodrecht op
de Z-as staat, in dit geval het X-Y vlak (Figuur 17). We hebben zojuist de
netto magnetisatie 90º “geflipt”. Later zullen we zien dat er in onze
pulssequentie een parameter is, Flip Angle (FA) genoemd, die aangeeft
hoeveel graden we de netto magnetisatie roteren. Het is mogelijk om de
netto magnetisatie iedere hoek tussen 1º tot 180º te roteren. Nu
gebruiken we alleen een FA van 90º. Dit hele gebeuren noemen we
excitatie.
Relaxatie
We hebben de netto magnetisatie 90º in het X-Y vlak geroteerd. We zouden ook kunnen zeggen dat we de
protonen in een hogere energie toestand hebben gebracht. Dit kon gebeuren omdat de protonen energie
van de RF puls hebben geabsorbeerd. Het is echter een situatie die de protonen niet erg op prijs stellen. Je
zou het kunnen vergelijken met op je handen lopen; het is mogelijk, maar je vindt het niet leuk meer na
een tijdje. Je loopt liever op je voeten. Hetzelfde geldt voor de protonen; ze zijn liever gericht met het
magneetveld mee of in andere woorden, ze zitten liever in een lage energie toestand. Nu gebeurt er iets
dat bekend staat als Relaxatie. Het relaxatie proces kan onderverdeeld worden in twee delen: T1 en T2
relaxatie.
T1 Relaxatie
De protonen willen terug naar hun uitgangspositie. Dit doen ze door hun geabsorbeerde energie in de
vorm van (een klein beetje) warmte en RF golven af te geven. In feite
gebeurt het omgekeerde van excitatie. De netto magnetisatie roteert
terug om zich weer met de Z-as mee te richten.
Als de RF excitatie puls stopt, dan zal de netto magnetisatie vector langs
de Z-as groeien met afgifte van radiofrequente golven (Figuur 18). T1
relaxatie beschrijft wat er gebeurt in de Z richting. Dus, na een poosje, is
de situatie precies zoals hij was voordat we de RF puls uitzonden. T1
relaxatie is ook bekend als Spin-Lattice relaxatie, omdat de energie
aan het omgevende weefsel (de lattice) wordt afgegeven. Tot zover gaat
het goed! Dit proces is relatief makkelijk te begrijpen omdat men het zich
in gedachten voor kan stellen.
T1 relaxatie curve
Alle protonen in het volume die de 90 graden excitatie puls ‘gevoeld’ hebben ondergaan T1 relaxatie. Elk
soort weefsel doet dit op zijn eigen tempo. Sterk gebonden protonen geven hun energie veel sneller af aan
hun omgeving dan zwak gebonden protonen. Daarom is de
mate waarin ze energie afgeven ook anders.
T1 is gedefinieerd als de tijd die de longitudinale magnetisatie
(Mz) nodig heeft op 63% van de originele waarde te bereiken.
, T2 relaxatie
T2 beschrijft wat er gebeurt in het X-Y vlak.
Ieder individueel proton draait om zijn eigen as. Hoewel ze met dezelfde snelheid ronddraaien, draaien ze
niet in fase of, anders gezegd, er is geen fasecoherentie. Als we nu een 90º puls geven, gebeurt er iets
interessants: behalve dat de magnetisatie naar het X-Y vlak geflipt wordt, zullen de protonen OOK in fase
gaan draaien!!
Dus, direct na de 90º puls draait de netto magnetisatie vector (nu transversale magnetisatie genoemd)
om de Z as in het X-Y vlak. Alle vectoren wijzen dezelfde kant op omdat ze in fase zijn. Deze situatie duurt
echter niet lang. Omdat de magneetvelden van iedere vector door een ander beïnvloed wordt kan de
situatie ontstaan dat één vector langzamer gaat draaien terwijl de andere juist sneller gaat draaien. De
vectoren zullen met verschillende snelheden om de Z as gaan roteren en zullen daarom niet bij machte
zijn om in dezelfde richting te wijzen: ze zullen gaan defaseren. Dat gaat in het begin langzaam, maar dat
zal sneller gaan totdat er geen fase coherentie meer bestaat: er zijn geen vectoren meer die in dezelfde
richting wijzen. Ondertussen draait die hele toestand nog om de Z as in het X-Y vlak. Het proces om van
een gehele in fase toestand naar een gehele uit fase toestand te komen is wat men noemt T2 relaxatie.
T2 relaxatie curve
Direct na de 90 graden puls is alle magnetisatie in het X-Y vlak geflipt. De netto magnetisatie veranderd nu
van naam en heet nu transversale magnetisatie of M xy. T2 is gedefinieerd als de tijd die nodig is voor de
transversale magnetisatie om tot 37% van de originele waarde te defaseren. Vetweefsel zal snel
defaseren, terwijl water hier langer over doet. Ook gebeurd T2 veel sneller dan T1 relaxatie. T2 staat
bekend als spin spin relaxatie omdat het de interactie tussen de protonen in hun directe omgeving
beschrijft.
Onthoudt dit:
o T1 and T2 relaxatie zijn twee onafhankelijke processen die simultaan optreden
o T1 gebeurt langs de Z as; T2 gebeurt in het X-Y vlak
o T2 is veel sneller dan T1
o T1= water zwart, vet wit
o T2 = water wit, vet zwart
o T1 is meer anatomie, T2 meer pathologie
Als beide relaxatie processen voltooid zijn dan is de netto magnetisatie vector weer gericht met het
hoofdveld (B0) en de protonen draaien weer uit fase: de situatie zoals die was voordat we de 90º puls
gaven.
Het ontvangen signaal noemen we: Free Induction Decay (FID). De FID is
het signaal dat we zouden ontvangen als er geen magneetveld aanwezig is.
In aanwezigheid van een magneetveld gaat T2 verval veel sneller door lokale
(microscopisch kleine) inhomogeniteiten van het magneetveld en iets wat
“chemical shift” genoemd wordt, tezamen bekend als T2* effecten. Het
signaal dat we ontvangen is veel korter dan T2. Het eigenlijke signaal vervalt
zeer snel; in ± 40 milliseconden is het praktisch vervallen tot nul.
