Skub udad. Skub udadåskub udad. Skub indad

Transkript

1 MR-skanning:Billederfradenforbudte sideafblgelngdegrnsen LarsG.Hanson Af LarsG.HansonarbejdertildagligpaHvidovreHospitaliMR-afdelingen,afsnit 340.Sewww.drcmr.dk sesingendetaljer,derermindreendblgelngdenafdetanvendtelys. gennemlysningerblgelnge-begrnsede:pagrundaflysetsdiraktion Detervelkendtatalmindeligeoptisketeknikkersommikroskopiog Resume IkkedestomindreerMagnetiskResonans(MR)billeddannelsenuen udbredtskanningsmetode,dergiveryderstdetaljeredebillederafkroppensindretrodsbrugafblgelngderistrrelsesordenenmeter.i2002 blevennobelprisforklassiskmrbilleddannelsegivettilpaullauterburogsirpetermanseld.idesenerearharendnuenmetodetilaererkernemagnetiskresonans(nmr)ogdevigtigstebilleddannelsesprincipper. omgablgelngde-begrnsningenvundetstorindpas.artiklenintroduc- ogblddelesomeksempelvishjerne,ryg,ledoghjerter.kortfortaltmagnetisereskroppen,hvoreftermagnetiseringenbringesudafligevgtvha. MRskannereanvendestilatdannedetaljeredebillederafkroppensvv Dissemalesoganalysereshvilketdannergrundlagforutroligeanatomiske eringenefterflgende,ogidenneperiodeudsenderkroppenradioblger. radioblger.somenkompasnal,derharfaetetskub,vibrerermagnetis- billeder. erallestrrehospitalerogendelmindrenuudstyredemedmrskannere.dasimonspiesi1985donerededenfrstedanskemrskannertil Fraatvreenrelativteksotiskteknikanvendtfastederilandet, 8

2 HvidovreHospitalitaknemmelighedovergodbehandling1,varbilledkvalitetentvivlsom,menpotentialetfordennenyetekniktydeligt.Itakt meddentekniskeudviklingerkvalitetenforbedretenormtmenspoten- Gamma143 LarsG.Hanson ikkeblotatderkandannesbillederafalleorganermedhjdetaljerigdom tialeterrealiseretogvsentligtget. udennogenstralingsbelastningellerandenrisikoforpatienten.forholdet Atteknikkenharvundetbredtindpastrodshjeomkostningerskyldes somtforetutalaffysiologiskrelevanteparametre,saledesatderkan kontrastforhold:radioblgesignalet,dermalesunderskanning,erfl- skyldesogsaatmrskanningsteknikkenerekstremteksibelhvadangar dannesbilleder,someksempelvisafspejlerkonsistens,elasticitet,diusionsforhold,ow,kemiskestoersfordeling,ph,temperatur,konduktivitetelleroxygenering.mrskanninggiversaledesfunktionellebilleder itilgifttilkonventionellestrukturellebilleder,derafspejleranatomien. Funktionellebillederkaneksempelvisvisehvilkendelafhjernen,der isrliggradaktiveresvedlsningafengivenopgave,ellerkanvisei hvilkendelaflungerne,derudskiftesluftundervejrtrkning. ihjrumligoplsningtagertypiskminutter,menshjerterytmeneksempelviskanafbildesreal-timemedca.100mstidsoplsning.fornyliger dennevigtigereendsignal-stj-forholdet.strukturelleskanningeroptaget Tidsoplsningenerligeledesforbedretenormt.Inoglesituationerer famillisekunder. detmednyebilleddannelsesteknikkerblevetmuligtatoptagebillederpa fra1-3tesla,dvs.felteroptilca.60000gangejordensmiddel-magnetfelt. Pagrundafprotonernesspinudgrdissemagnetiskedipoler.Detsamme ImoderneMRhelkropsskanneretilhumanbruganvendesmagnetfelter Deandrekernerarverimidlertidkernepartiklernesmagnetiskeegenskaber.Detvigtigsteeksempelerbrintkernen,derbestarafblotenenkelt derpardannelse,saledesatkernerneudadtilikkeharmagnetiskmoment. glderneutronerne.ikernermedligeantalprotonerogneutronersker kernersom31p,13c,19f,3heog129xeforelbigprimrtspillerenrollei proton.deteraltovervejendebrint,deranvendesvedmr-skanning,mens forskningsmssigsammenhng.disseerallestabile. hankunnefafredfradenysgerrige,narveninderdagligtbragtehamfriskemorgenboller. 1Udovergodmedicinskpleje,khanblandtandetlovatmedbringesituladtejagtgevr,sa 9

3 MR-skanning:Billederfradenforbudtesideafblgelngdegrnsen Idetflgendeforklaresmagnetiskresonansmedvgtpafnomenets Gamma143 anvendelsetilbilleddannelse. 1LrebgeriMRtagerofteenforvrvlet"kvantemekanisk"tilgang.Kort Magnetiskresonans{etklassiskfnomen fortalttegnesdetozeeman-opsplittedeenerginiveauerforprotonerne, ogkvantemekanikkenangivesatfortlleos,atkernespinneneiligevgt entenvilorienteresiglangsfeltetellermodsatfeltet.velgrdenej. operatorenbeskrivendeforetensembleafprotonererdiagonalidenne Egentilstandeneudgrblotenbasisforallemuligetilstande.Atttheds- basis,betyderikkeatdeenkeltespineriegentilstande.hvorforspindog skulleorienteresigmodsatfeltetuddybesafgodegrundealdrig. Zeeman-opsplitningenfrderkanskeovergangemellemenerginiveauerne. Selvomovenstaende"forklaring"indeholderelementerafsandhed,erdet Kvantemekanikkenfartitogsaskyldforatfotonenergienskalpassemed nedslaendeatetklassisk,relativtlet-forstaeligtfnomenoftegresuforstaeligtmedhenvisningtilkvantemekanik.atetfnomenkanforklares kvantemekaniskerikkegrundnoktilatgredet,hvisformaleteratge forstaelsen. nansetrentklassiskfnomen.feynman,vernonoghellwarthpapegede vgelsesmngdemomenterogmagnetiskemomenter,ermagnetiskreso- Imodstningtileksempelvisspin-fnomenet,dergiverkernernebe- sagar,atdynamikkenafforventningsvrdienikvantemekanisketo-niveau sadannesystemer(bloch-vektoren)opfrersigeksaktsomdenklassiske systemerintuitivtkanforstasidetenabstraktvektorbeskrivendefor magnetiskedipoliettidsligtvarierendemagnetfelt[1].idetkonkretetilfldeerbloch-vektorennetopdenmagnetiskedipol.deterbizartattekster,derangiveligtskal"forklare"magnetiskresonans,grdetvha.kvantemekanisketo-niveau-systemer,narfeynmanetalgjordedetomvendte, lysetafklassiskmagnetiskresonans. altsavisteatkvantemekaniskto-niveau-dynamikintuitivtkanforstasi Deterrelativtenkeltatvisekvantemekanisk,atdenneklassiskebeskriv- 10Dergivesidetflgendeenrenklassiskforklaringafmagnetiskresonans.

4 Gamma143 elseereksaktforetstatistiskensembleafikke-vekselvirkendekerner, LarsG.Hanson saledessombrintkernerneikroppensvdskererforkortetidskalaer, vekselvirkningerivskengiveranledningtilgradvistabafkohrensog rolle,somerdensammekvantemekaniskogklassisk:tilfldigekerne- mikro-tilmillisekunder.palngeresigtspillerkernevekselvirkningeren tilbagevendentilligevgt. "forklaring".detforekommerdermedrimeligtatbetragteprotonensom saledessomdetogsaimplicitblevgjortiovenstaendekvantemekaniske Kernensrotation(spin)betragtessometempiriskfaktumidetflgende netiskmoment.imrobservereskerneraldrigenkeltvis,dasignaleter enroterendeladningsfordeling(strmkreds)medderafflgendemag- forsmat.nettomagnetiseringenfraetensembleafkernererproportionalmeddettotalebevgelsesmngdemoments:=s.detsakaldt gyromagnetiskeforholdmellemdeto,=242mhz/t,erkarakteristisk forprotonen. mentetb(t),hvorb(t)ermagnetfeltet.bevgelsesligningenbliver saledesd ndringenitidafbevgelsesmngdemomentetergivetvedkraftmo- proportionalmedfeltstyrken=b(t)=(2).forenprotonietstatisk seringensaledesprcessereomkringfeltretningenmedenfrekvensderer dt=b.grundetbevgelsesmngdemomentetvilmagneti- magnetfeltpaeksempelvisb0=3tlangsz-aksenvilmagnetiseringen deranvendestilradiokommunikation.enoscillerendedipoludsendersom prcessereixy-planetmedenlarmor-frekvenspa126mhz,enfrekvens, lbetafeksempelvis100msharbragtdeprcesserendekernerudaf fase,udsendesradioblgerfraensemblet.efteryderligerenoglesekunder bekendtradioblger,saindtilovennvntesvagekernevekselvirkningeri ermagnetiseringenalmindeligvistilbageiligevgt.tidskonstanternefor tabafkohrenshhv.genopretningafligevgtkaldest2ogt1,ogde erihjgradpavirketafdenmolekylremobilitethvilketerbaggrunden foratkontrastenideestekliniskanvendtemr-billederafspejlervvets konsistens. dioblger.deterikkebeskrevethvorledesmagnetiseringenifrsteinstans cessereogefterhandenvendetilbagetilligevgtunderudsendelseafra- Forelbigerdetblotbeskrevethvordannetto-magnetiseringenvilpr- bringesudafligevgt.tildetteudnyttesetresonans-fnomen,dvs.sys- 11

5 temetpavirkesafenudefrakommendekraftdervarierermedsystemets MR-skanning:Billederfradenforbudtesideafblgelngdegrnsen Gamma143 egenfrekvens.dervedkanselvenringekraftgiveenstoreektnarblot denvirkerovermangesvingetider(tnkpaskubafbarnigynge).i nrvrendeeksempelleveresdenudefrakommendekraftafradioblger, posantderflgesmedetvarierendemagnetfeltspilleringenrolleidenne magnetiseringensomillustreretigur1(denuundgaeligeelektriskekom- derkanopfattessomettidsligtvarierendemagnetfelt,derskubbertil sammenhng). ¼ ¼ Å Å Ú Ú dettidsligtvarierendemagnetfelt,derrotereriplanetvinkelretpadetstatiskefelt.radioblgerneskubbersvagttilmagnetiseringenpatvrsafdenne.retningenafskubbene Figur1:Magnetiskresonans:DencirkulrepilillustrererprcessionenafmagnetiseringenforarsagetafdetstatiskefeltB0.Dertilkommereektenafradioblgerne, oghjreyderpunkt.skubbeneforegardoghelevejenrundt,hvorvedvinklenvndres. Meddenrettefrekvenskanselvsvageradioblgerroteremagnetiseringensomvisttil ermarkeretmedpiletiltotidspunkter,hvormagnetiseringenpassererigennemvenstre venstre,hvorradioblgefeltetndrerretningsaledesatvgesproportionaltmedtiden. Passerfrekvensenikke,somvisttilhjre,kommermagnetiseringeningenvegne.Vinklen uktuererblotenanelsemensmagnetiseringenprcesserernrmestupavirket. frekvens0somdenprcesserendemagnetisering.detovilsaledesdanne statiskemagnetfelt,saledesatdetroterersammevejogmedsamme Radioblgefeltetvlgescirkulrtpolariseretvinkelretpadetkraftige enkonstantvinkelmedhinanden,ogmagnetiseringenvillangsomtpr- cessereomkringradioblgefeltvektorenmedenfrekvensbestemtafra- 12 Skub udad Skub udadåskub udad Skub indad

6 Gamma143 dioblgefeltetsamplitude,1=b1=(2).situationenernemmestat LarsG.Hanson overskueietroterendekoordinatsystem,derflgerlarmor-prcessionen. relativeorienteringafspinnenelokalt,menblotdrejespinfordelingeni feltetilaboratoriesystemet.radioblgefeltetkansaledesikkendreden IdetteerradioblgefeltvektorenstationrogspillersammerollesomB0 sinhelhed. magnetiseringenmednetopskeritaktmedegensvingningen(prcessionen),vilmagnetiseringenalligevelpasigtblivepavirketganskebetydeligt kroppensbrintkernersomdrejningsaksefraenhverretningtilenvilkarlig anden,saledesatpatientensmagnetiskenordpoleksempelvisyttersig frahovedettilhjreside.selvomndringenisandhederdrastisk,mrker patientenintet,dahverkenatomerellermolekylerderveddrejes. netisering(skabtafdetkraftigestatiskefelt)medradioblgerdrejes udvinkelretpamagnetfeltet,enprocesskaldeteksitation.efterflgende DensimplesteMR-malingbestarsaledesiatkroppensligevgtsmagdreendLarmor-frekvensen0.Daskubbenesomradioblgefeltetpavirker Frekvensen1ertypiskunder1kHzogdermedca gangemin- afradioblgefeltet.skannerenkansaledespaunderetmillisekunddreje ligevgt. svagtmaleligtradioblgesignalmensmagnetiseringenvendertilbagetil slukkesskannerensradioblgesender,ogkroppenudsendernuselvet vilvinklenmellemmagnetiseringogstatiskfeltges,mensdenkort prcessionsfrekvensen,vilresonansbetingelsenikkevreopfyldt.tiltider Hvisfrekvensenafradioblgerne,dersendesindikroppen,ikkematcher sigmarkant.skubskalskeitaktmedsvingninghvisdeskalbatteidet eftervilaftage,saledesatvinklenmaltoverlngeretidikkendrer langelb. antagetovenfor,erlsningenomtrentdensamme.detlinertpolariseredefeltkanbekvemtskrivessomsummenaftocirkulrtpolariserede, Erradioblgefeltetlinertpolariseretfremforcirkulrt,somdetblev roterersammevejsomprcessionenharenbetydeligeektpamagnetiseringen.denandenkomposanter2"o-resonance",hvorfordenseekgumentererdetforhabentligklartatkundenkomposantaffeltet,der menmodsatroterendefelter,medfrekvenser.fraovenstaendear- erforsvindendelille.cirkulrtpolariserederadioblge-felterforetrkkes 13

7 saledestilmr-formal,idetderkrvesmindrerfamplitudeforatopna MR-skanning:Billederfradenforbudtesideafblgelngdegrnsen Gamma143 engivendrejningafkernespinnet. VernonsogWallwarthseksempelogtnkeoverhvorledesdynamikkeni egetfavoritto-niveau-systemmedvalgfrikobling,kanforstasilysetaf AfslutningsvisopfordresdeninteresseredelsertilatflgeFeynmans, aspekterafto-niveau-systemerkanbeskrivesklassisk. magnetiskresonans.detteskalnaturligvisikketolkesiretningafatalle Detstatiskemagnetfeltspillertorolleriovenstaende:Delserdetansvarlig 2 Feltstyrkensbetydning foratkroppensspindelvisensrettessaledesatkroppenmagnetiseres. Zeeman-opslitningenogBoltzman-fordelingenfortllerosatnettomagnetiseringensvarertilblotca.7ppm/teslafeltstyrke,dvs.nettomagnetiseringenafenmillionkernersvarertil7ensrettedespin2.Saselvetstrkt magnetfeltpavirkerkundeninitieltsfriskespinfordelingiganskeringe dermedudsendelsenafradioblger.deninduceredespndingimodtager- grad. spolenogdermedsignal-stj-forholdet(snr)forventesdermedumiddel- bartatvoksekvadratiskmedfeltstyrken.ipraksisersammenhngen mellemsnrogfeltstyrkenrmerelinerpga.skin-eekteriantenne ogrelaksationstidersfeltafhngighed.treteslaerdenhjestekliniskanvendtefeltstyrkeidanmark,ogdenneanvendesstadigoftere.hjtfelter Udoverpolarisationforarsagerdetstatiskemagnetfeltprcessionenog Dettegldereksempelvisspektroskopiogmalingerafhjernensaktivering. malinger,ogvedmalingerhvorogsakontrastengesitaktmedfeltet. doglangtfraaltidenfordel,ogharisrsinberettigelsevedtidskritiske klassisktrick,derligeledesbegrnsertilstandssummen? Enklassiskudregninggiverdogsammeresultat,narsystemetikkeersatureret.Erdermonet 2Idennesituationerkvantemekanikkenisandhedbekvem,datilstandssummenerdiskret. 14

8 Gamma143 3 Billeddannelse LarsG.Hanson Forelbigerdetdiskuterethvordankroppenkanbringestilatudsende kroppenkanskelnesfrademudsendtandrestederfra,hvilketerenforudstningforbilleddannelse. vregennemlysning,elleranvendelseafretningsbestemteantenner,der kandetekterehvorfraikroppenradioblgerneudsendes.sadannetek- DemestoplagtemetodertilMRbilleddannelsekunneforekommeat radioblger,meninteternvntomhvordanradioblgerfraetstedi nikkerogmangeandrelignendeerimidlertidblgelngdebegrnsede,sa mankanikkelokaliserekildentilradioblgermereprcistendcirkaen blgelngde. kendtfrakikkerter,syn,pet/ct-skanning,rntgen,ultralydogmikroskoper,erderforpraktiskuanvendelige.etfundamentaltandetprinciprisenimedicini2003.grundlggendeklauterburprotonernetilselv atsladreomhvordebendersigvedatladefrekvensenafdeudsendtera- eld,sombidrogmegetvsentligttiludviklingenafmetodernebeskrevet dioblgerafspejlepositionen.lauterburdelteprisenmedsirpetermans- ogdetektionenskersaledesaltidinrfeltet.billeddannelsesteknikker Deradioblger,deranvendesvedMR-skanningertypiskmeterlange, blevintroduceretafpaullauterburi1973[2],hvilketgavhamnobel- Parallelbilleddannelse[4].Dettebaserersigpaanvendelsenafgrupper nedenfor[3]. afantenner,derhverisrharforskelligsensitivitetsprol.metodenhar Forsnarttiarsidenblevetandetbilleddannelsesprincipintroduceret: alleredevundetmegetbredanvendelseikombinationmeddentraditionellebilleddannelsesmetode,idetdengivermulighedforatforkorte maletiden. styretmedekstraelektromagneterkaldetgradientspoler,dergiverlinere variationeridetkraftigemagnetfelt.gradientretningogstyrkekanndresefternske.denrumligelokaliseringskerefterforskelligeprincipper k-rumsbaseredemetoderogparallelbilleddannelseintroduceresisenere derofteanvendesikombination.detenklesteerskiveselektion.sakaldte afsnit. EnforudstningforklassiskMRbilleddannelseeratskannerenerud- 15

9 3.1 MR-skanning:Billederfradenforbudtesideafblgelngdegrnsen Skiveselektion Gamma143 Vedanvendelseafgradientspolerkanmagnetfeltetsstyrkeeksempelvis styres,sadetvokserfravenstremodhjrere,mensretningenerden resonansfrekvenseniretningaffeltgradienten.skubbervinutilprotonernemedradioblgermedenbestemtfrekvens,vilresonansbetingelsestremodhjre.vedsaledesatgremagnetfeltetinhomogent,varierer sammeoveralt(langsmedkroppen).dettekaldesenfeltgradientfraven- iandrepositionerblotvilvibrereenanelse. vreopfyldtetsted,saledesatspinnenebliverdrejetmarkant,mensspin variationfravenstretilhjreeretsagitaltsnitblevetudvalgtsomvisti gur2. Dervedharviopnaetskiveselektivpavirkningafprotonerne.Medfelt- Figur2:Spinpavirkesselektivtietsagitaltsnit,hvisder,mensradioblgernesendes, tilligepatrykkesengradientfravenstremodhjre. 3.2 Efteratprotonerneienskiveerbleveteksiterede,vildealleudsende radioblger.foratdannebillederafskivenskalviintroducereenmade Rumliglokaliseringindenforenskive fortalt,dannesdervedhjlpafgradienterpaskiftforskelligemnstrei magnetiseringenhenigennemskiven.styrkenafderadiosignalerderkommerreturfortllerhvormegetobjektetiskanneren\ligner"detpatrykte atskelnesignaletfraforskelligepositioneriskivenfrahinanden.kort 16

10 Gamma143 mnster.vedatblandemnstreiforholdsvarendetilderesmaltelighed LarsG.Hanson medobjektet,dannesmr-billeder. deresrumligeplaceringogretningumiddelbarteftereksitation.beskrivelsenforetagesidetroterendekoordinatsystemintroduceretovenfor,i hvilketmagnetiseringenifravrafgradientererstationreftereksitation. viserpagrupperafspinplaceretpaenlinie(f.eksmellemrerne)ogpa Hvaddermenesmed\mnstre"illustreresfrstieendimension,dvs. Somillustreretpegerspinneneumiddelbarteftereksitationalleisamme retningvinkelretpamagnetfeltet,derpegerudafpapiret.devilherefter prcessereomkringmagnetfeltet,dvs.devildrejeipapiretsplanmeden frekvens,derafhngerafmagnetfeltet.safremtfeltetgresuensartetfra hverisrdrejeenvinkel,derafhngerlinertafkernensposition: venstremodhjrevedatpalggeenfeltgradientkortvarigt,vilspinnene Dennesakaldte\faserulning"ereteksempelpadeovenfornvntespinmnstre,somvimedgradienterkan\tegne"ipatienten.Ordet\fase" eregangerundt.jolngeretidengradientertndt,ogjostrrefeltvariationdengiveranledningtil,destokraftigefaserulningopnas(ere inrsammeretning,menhenigennemobjektetermagnetiseringendrejet udtrykkerherretningen,somspinnenepegeri.detsesatnabo-spinpeger omgangeperlngdeenhed). kontrolleretmade,ogharvedsammelejlighedmistetsignalet.detsesved atsammenlignedetosituationerovenfor,idetdenmaltemagnetisering Viharmedgradientenfaetspinnenetilatpegeialleretningerpaen dergiveranledningtiludsendelseafradioblger.narspinnenepegeri pegerisammeretning),dannerdetilsammenenbetydeligmagnetisering, ersummenafbidragenefradeenkeltespin.narspinneneerifase(dvs. 17

11 alleretninger,somnardereranvendtengradient,erderessumderimod MR-skanning:Billederfradenforbudtesideafblgelngdegrnsen Gamma143 megetlille,ogderudsendestilsvarendesvageradioblger.gevinstenved atanvendegradientenkansaledesforekommelille:viharblotmistet signalet.detbehverimidlertidikkeatvretilfldet.seforeksempelnu vejenfravenstretilhjre,menhvorderistedeterregelmssigvariation ivandindholdet. ensituation,hvorderikke(somovenfor)erprotonerensartetfordelthele Frgradient: Eftergradient: derangivermanglendeprotoner(lokaltvandfritmilj{knogle,f.eks.). gradientsomovenfor.enesteforskelfradetotidligeregurerer\huller" Igurenseshvordanspinnenepegerfrogefteranvendelseafsamme tensanvendelse,farvimindresignalendfr,idetfrrespinbidragertil situation.salngespinneneallepegerisammeretning,dvs.frgradien- Visernupadentotalemagnetisering,ogdermedsignaletidennenye magnetiseringen.signaletfrgradientenanvendesersaledesetmalfor dettotalevandindhold.eftergradientensanvendelsefarviderimodmere signalendfradentilsvarendesituationovenfor(homogenvandfordeling). sammeretningallesammen,hvorfordetilsammenudgrenvsentlig Detkanforekommemrkeligt,idetdererfrreprotoner,derbidrager magnetisering. tilmagnetiseringen.deresterendeprotonerpegerimidlertidstortseti ger,selvefteratgradienteneranvendt,skyldesatfaserulningenhidr- rendefragradientenmatcherstruktureniobjektetforstaetpadenmade Atobjektetmedstruktur(varierendevandindhold)udsenderradiobl- at\lngden"afetfaserulerdensammesomafstandenmellemvandpytterne.hvisdetteikkeertilfldetvilderigenvreentendenstilatde enkeltemagnetiseringerophverhinanden.signaleteraltsaetudtrykfor atengivenfaserulningerdannetiobjektetvedatanvendeengradient, \ligheden"mellemfaserulningsmnsteretogstruktureniobjektet:efter 18

12 Gamma143 ersignaletvifartilbageetudtrykfor,omdererstrukturiobjektet,der LarsG.Hanson matcherfaserulningen. tegnesforskelligefaserulningsmnstreikroppen.hvertafdissegiveranledningtilatetvistsignaludsendesfrakroppen,ogsignaletsstrrelse DermedharvinuenbasisforatforstaMR-billeddannelse:Paskift fortllerosomfaserulningsmnstretlignerstrukturikroppen.ifatilfldeerderabenlyslighedmellemstrukturogfaserulning,menoftest fasbilledernevedatlggemnstresammenvgtetmeddetilsvarende erderkunlillelighedmellemobjektogdetenkeltemnster.generelt maltesignaler. 3.3 Hidtilharvibetragtetensituationmedbrintkernerplaceretsomperler paensnor.viudvidernutiltodimensioner,ogbetragtersituationeni Udvidelsetileredimensioner{k-rummet enskivevvmedensartetvandindholdefteratengradienteranvendt. Figur3aviserento-dimensionalspinfordelingefteratengradientpa skraharinduceretfaserulninglangsdenneretning.foroverskuelighe- Ý Ü Figur3:Alternativereprsentationeraffaserulningsmnstre. (a) (b) (c) dremader.fremforpileiforskelligeretninger,vilfaserulblivevistsom densskyldvilspinmnstreneidetflgendebliveanskueligjortpatoan- intensitetsvariation,sompagur3b.tilhvertsadantmnstertilordnes ogsaenvektork(gur3c),hvisretningangivervariationenimnsteret, 19

13 oghvislngdeangivertthedenaffaserul(lngdenafkvlgesomvendt MR-skanning:Billederfradenforbudtesideafblgelngdegrnsen Gamma143 proportionalmedblgelngden). ningerogtthederafstriberoptilenvisgrnse,dererbestemmende fordenrumligeoplsning.detreturnerederadioblgesignalafhngersom Typiskmalespaskiftlighedenmedmnstrereprsenterendealleret- sagtaflighedmellemobjektogmnster,ogdetregistreressomenfunktionafk,somvistigur4.enkelteeksempelmnstreervist,menfor hvertenestepunktik-rummetsvareretmnster. somndrersignarderanvendesfeltgradienter.denlysereregionmidtik-rummet Figur4:Strukturenafk-rummet.Signaletmalessomfunktionafk-vektoren(kx;ky), fortllerosatobjektetiskanneren(ethoved)harstrstlighedmedlangsomtvarierende mnstre,ellerudtryktpaandenmade,derudsendesestradioblgerfrakroppenved lavfrekventefaserulninger. 20

14 Gamma Billedrekonstruktion LarsG.Hanson Udfraradioblgesignalernemaltsomfunktionafk,erdetrelativtenkelt tilhverenkeltk-vrdiskalblotlggessammen,vgtetmedstyrkenaf skanneren.faserulningsmnstreneudgrenbasisogmnstrenesvarende atforetage"billedrekonstruktion",dvs.atberegnebillederafsubjekteti reprsenteredemnstreeradderetfrst.ipraksisadderesallemnstrei detmalteradioblgesignal.detteerillustreretigur5,hvordekraftigst 3.5 ethug. Faserulningenstyresvedatanvendegradientermedforskelligretning, styrkeogvarighed.salngeengradienteraktiv,ogfeltetdermedvarierer Bevgelseik-rummet haveformafetstregmnstersomdeovenforviste.samtidigvilderfra linertmedpositionen,vilfaserulningenndresig,mendenvilaltid mnstretmatcherstrukturidenne. kroppentilstadighedbliveudsendtradioblger,somrberihvilkengrad faserulningidenneretningsvarendetilatk-vektorenvokserlangskxaksen.salngegradientener\pa",kommerstriberneimnstretstadig Eksempel:Anvendesengradientfraretilre(x-retningen),fasen tttereitaktmedatfaserulningenbliverkraftigere. denneretning,ogk-vektorenvokserlangsky-aksen. Anvendesbeggegradienter,fasenfaserulningpaskra.Detteglder Anvendesengradienttilsvarendefraissetilfod,fasenfaserulningi uansetomgradienterneanvendesenadgangenellersamtidig:vedanvendelseenkeltvis,bevgerk-vektorensigfrstlangskx-retningen,og dernstlangsky.vedsamtidiganvendelsebevgerdensigskrattil sammepunkt,ogresultateterdetsamme.gradienten,derisigselv beskrivesvedenvektor,bestemmerpaethverttidspunkthvormalingen afvejenderhen,ergrundlggendefork-rumsbeskrivelsenssuccesimrbilleddannelse.mangesekvenseradskillersignetopvedmadenhvorpa Atdetudsendtesignalkunafhngerafpositionenik-rummetogikke erpavejhenik-rummet,ogeraltsandringenafk-vektoren. k-rummetdkkes(rkkeflgenafmnstre),menbilledrekonstruktionen 21

15 MR-skanning:Billederfradenforbudtesideafblgelngdegrnsen Gamma143 Figur5:Billedrekonstruktion.Figurenviserhvordansimplemnstre(rkke1)kan summerestilkompleksebilleder(rkke2).derekonstrueredebilledererherskabtudfrademnstre,derharstrstlighedmedguren,dvs.fradeomraderafk-rummet (rkke3)hvorderermaltdekraftigsteradioblger.stadigteremnstremedtagesi billeddannelsen(indikeretmeddemrkeomraderpak-rumsbillederne),ogrekonstruktionerneblivertilsvarendestadigtmeredetaljerede(antalletafmedregnedemnstreer fordobletihverrekonstruktion).detsidstrekonstrueredebillede(nederstehjre)er ankomne"mnster.detsesumiddelbart,atdelangsommesignalvariationer(intensiteterne)ermaltimidtenafk-rummet,menskanternesskarphedkommerframalinger lngereudeik-rummet. skabtpabaggrundafde1024bedstlignendemnstre.versterkkeviserdet\sidst 22

16 Gamma143 ergrundlggendeens. LarsG.Hanson Fourier-domnetafbilledrummet.Rekonstruktionenbeskrevetovenfor foregartilsvarendeipraksisvedatudfreto-ellertredimensionalfourier- Determaskegaetopfordenopmrksommelseratk-rummeter udtrykformagnetiseringensretning.detersaledesogsaenrelativtsmal pleksetalhvorfasenudtrykkerradioblgernestilsvarende,derigener transformationafdeopsamlederadata.dissereprsenteresvedkom- sagatnedskrivematematikkensvarendetilovenstaendefysik. 3.6 Atk-rumsbilleddannelsenerenFourier-teknikafspejlesideartefakter (fejl),derkanoptrdeibillederne,hvisforudstningerneikkeeropfyldt. Parallelbilleddannelse Hvisviikkeharvidenomsubjektetiskannerenapriori,skalligheden medalletnkeligefaserulningsmnstreiprincippetmalesforatrekonstruereetperfektmrbillede.dettagerdogtidatdannemnstre,og ipraksisdkkesderforkunencentral,rektangulrdelafk-rummeti endeligoplsningsomillustreretigur5.ipraksiserdetofteantallet ik-rummetnskesderforbegrnset.hvistthedenvlgesforlav,giver afmaltelinier,derbestemmermalingensvarighed,ogtthedenafdisse derikkesamplesttnoktilatfangesignal-variationerneik-rummet, detimidlertidanledningtiletkarakteristisk"aliaserings-artefakt":hvis altsahvisnyquist-kriterietikkeeropfyldt,kommerderfejliderekonstrueredebilleder.fejlenebestariatsignalerfejlplaceresogoverlapperi ereantennermedforskelligesensitivitsprolermalersammek-rumssignal,kande"manglende"k-rumssamplesberegnes,hvorvedaliasering Detblevimidlertidi1997vistafSodicksonogManningatsafremt detrekonstrueredebilledesomvistigur6. undgas[4].samtidiganvendelseaftoantennertilsignal-receptionkan praksiskrvesereantennerforatfapalideligebilleder.pruessmann etalvistesenere[5]atstafrekonstruerede,aliaseredebillederoptaget iprincippetdervedaccellereremalingermedenfaktor2,omendderi kvivalent.teknikkernegaridagunderfllesbetegnelsen"parallelbilleddannelse". medforskelligeantennerintuitivtkan"af-aliaseres"hvilketiprincippeter 23

17 MR-skanning:Billederfradenforbudtesideafblgelngdegrnsen Gamma143 Figur6:Aliasering:Billedetviserenhjerneiprol,menforlavsample-tthedikrummetresultereriatnsenhavnerinakkenogomvendt.Dervedkanpatologiskjules. foreslaetsommodikationafk-rumsteknikken,sesnemmestmedettankeeksperiment:igrnsenhver-pixel-sin-antenne(f.eks.mangesmaantennerspredtkvidistantgennemdetafbildedeobjekt),ergradienterne undvendigeforatmaledetaljeredebilleder.detersaledesogsaabenlyst Atparallelbilleddannelseerenselvstndigteknik,selvomdenblev atparallelbilleddannelseikkeerenfourierteknik. 4Dealmindeligvislangekohrens-/relaksationstidereransvarligeforden Afsluttendebemrkninger enormeeksibilitetimr-skanning.delsharmanpa'100mstidtilmed serierafrf-oggradient-pulseatprpareremagnetiseringensaledesat altsaatpavirkekontrastenibillederne.delsgiverdenlangekohrenstid mulighedforatgenerereetstrreantalfaserulningsmnstreogmalede densstrrelseellerretningafspejlerfysiologiskinteressanteparametre, eksitation[3]. tilsvarenderadioblgesignalerindensystemetshukommelseomprparationenerudvisket.faktiskkanhelek-rummetdkkesefterenenkelnikkerblevomgaet.fork-rumsteknikkernesketedettevedatdenspatialekildelokaliseringafradioblgerkommerfrafrekvensforskellesnarere Deterinteressanthvordandiraktionsgrnsenkendtfraoptisketek- 24 endfrafjernfeltetsegenskaber.dentraditionelleblgelngdebegrnsning

18 Gamma143 erstattessaledesmedetkravomatnabokernersfrekenserskalvreskelneligeilbetafmaleperiodenhvispositionerneskalkunneskelnes.dette kankvivalentudtrykkessomatingendetaljervsentligmindreend denkortesteblgelngdeaffaserulletobserveres.deroptrdersaledes ennyblgelngdebegrnsning,somerintuitivtforstaeligfragur5.da sningerfordenrumligeoplsningafgradientstyrken,relaksationstiderne, ogsubjektetsbevgelse,herunderdiusion. dettagertidatbevgesigik-rummet,sttesdeultimativebegrn- LarsG.Hanson ogforskelligeflsomhedinrfeltettilatomgablgelngdebegrnsningen.idetflsomhedsomradetsdimensionererafnogenlundesammedimensionersomspoleelementernes,bestemmesdenrumligeoplsningved Forparallelbilleddannelseudnyttedesspoleelementernesbegrnsede dannelseerimidlertidfuldtudkompatibelmedk-rumsbilleddannelse, oplsningertypiskutilstrkkeligforpraktiskeformal.parallelbilled- "ren"parallelbilleddannelsetypiskafspoleelementernesstrrelse.denne endnormalt.inoglesituationererhastighedvigtigereendrumligopls- saledesatdetoteknikkerkankombineresogbillederoptageshurtigere ning,ogdereksperimenteressaledesnumedbillederoptagetudenanven- delseafgradienter.sadanneoptagesmedsub-millisekundtidsoplsning afeksempelvis100antennersamtidigt.deereksempelvisafinteresseved billeddannelseafstoermedkortekohrenslevetider. MR.Panettetndesmangegodeintroduktioner.Nogleafdissekanndes viadetinternationalemr-selskabshjemmeside, Afslutningsvisskalderrefererestilyderligereintroducerendeinfoom Engrundig,teknisklreboginogleafdemangeanvendteMR-teknikker erudgivetafhaackeetal[6].endeligkanderpahvidovrehospitalsmr program,derillustrererbasalmr[7]. centershjemmesidendeslmstumperogeteksibeltidlsimulations- Litteratur [1]FeynmanRP,FLVernonJ,HellwarthRW.Geometricalrepresentationofthe SchrodingerequationforsolvingMASERproblems.JournalofAppliedPhysics1957, 28(1):49{52. 25

19 [2]LauterburP.Imageformationbyinducedlocalinteractions:Examplesemploying MR-skanning:Billederfradenforbudtesideafblgelngdegrnsen Gamma143 [3]ManseldP.MultiplanarimageformationusingNMRspinechoes.JPhysC1977, nuclearmagneticresonance.nature1973,242:190{191. [4]SodicksonDK,ManningWJ.Simultaneousacquisitionofspatialharmonics (SMASH):Fastimagingwithradiofrequencycoilarrays.MagnResonMed1997, 10:L55{L58. [5]PruessmannKP,WeigerM,ScheideggerMB,BoesigerP.SENSE:SensitivityencodingforfastMRI.MagnResonMed1999,42(5):952{62. 38(4):591{603. [6]HaackeEM,BrownRW,ThompsonMR,VenkantesanR.MagneticResonanceImaging:PhysicalPrinciplesandSequenceDesign.Wiley-Liss;1stedition,1999. [7]HansonLG.IntroduktiontilteknikkenbagMR-skanning,2004.Undervisningsnoter, 26