4 курс / Лучевая диагностика / ЯМРТ или МРТ
.pdf
T2*
T2* попадает в две таблицы, так как оно содержит компонент, зависящий от гомогенности магнитного поля и молекулярных движений. Сигнальные уравнения для импульсных последовательностей выглядят следующим образом:
Спин-эхо
S = k 
(1-exp(-TR/T1)) exp(-TE/T2)
Инверсия-восстановление(180-90)
S = k 
(1-2exp(-TI/T1)+exp(-TR/T1))
Инверсия-восстановление(180-90-180)
S = k 
(1-2exp(-TI/T1)+exp(-TR/T1)) exp(-TE/T2)
Градиентное эхо
S = k 
(1-exp(-TR/T1)) Sin
exp(-TE/T2*) / (1 -Cos
exp(-TR/T1))
В каждом из этих трех уравнений S представляет амплитуду сигнала в частотной компоненте спектра. Число k является константой пропорциональности, которая зависит от чувствительности контура регистрации сигнала томографа. Значения T1, T2, и 
специфичны для патологического образования или ткани. В следующей таблице приведены диапазоны значений T1, T2, и 
при 1.5 Т для тканей, присутствующих на магнитно-резонансной томограмме человеческой головы.
Tкань |
T1 (с) |
T2 (мс) |
* |
|
||
ЦСЖ |
0.8 |
- 20 |
110 - 2000 |
70-230 |
||
Белое вещество |
0.76 - 1.08 |
61-100 |
70-90 |
|||
Серое вещество |
1.09 - 2.15 |
61 |
- 109 |
85 |
- 125 |
|
Менингиальная ткань 0.5 |
- 2.2 |
50 |
- 165 |
5 - 44 |
||
Мышцы |
0.95 - 1.82 |
20 |
- 67 |
45 |
- 90 |
|
Жировая ткань |
0.2 |
- 0.75 |
53 |
- 94 |
50 |
- 100 |
*Основано на 
=111 для 12мM водного раствора NiCl2
Контраст, C, между двумя тканями A и B будет равен разнице между сигналом ткани A, SA и сигналом ткани B, SB.
C = SA - SB
SA и SB определяются из приведенных выше сигнальных уравнений. Для двух любых тканей существует набор инструментальных параметров, которые дают максимальный контраст. Например, в спин-эхо последовательности контрастность между двумя тканями есть функция TR, графически представленная сопровождающей кривой.
111
Для того чтобы быть уверенным в том, что сигналы от всех шагов фазового кодирования приобрели одинаковые свойства, к каждому процессу сбора данных для изображения к последовательности прибавляется несколько уравновешивающих циклов. Необходимость этого можно увидеть, рассмотрев компоненты MZ и MXY, как функцию от времени в последовательности типа 90-FID.
Заметим, что поперечная намагниченность от 90o-импульса достигает равновесия после нескольких циклов TR. Это увеличивает время отображения на несколько периодов
TR.
Комитет магнитного резонанса для обозначения механизма преобладающей контрастности изображения принял следующую номенклатуру. Изображения, контраст которых в основном определяется разностями T1 тканей, называются T1 -взвешенными изображениями. Аналогично для T2 и 
, изображения называются T2-взвешенными протон-взвешенными. В следующей таблице приведен набор условий, необходимых для получения взвешенных изображений.
Взвешенность Значение TR Значение TE
T1 |
< = T1 |
< < T2 |
T2 |
> > T1 |
> = T2 |
|
> > T1 |
< < T2 |
Поразительно то, что выбор инструментальных параметров TR, TE, TI и 
влияет на контраст между различными тканями мозга. В следующем разделе можно выбрать отображающую последовательность и параметры отображения, результирующее
112
Рекомендовано к покупке и изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/
изображение будет представлено в графическом окне. Эти изображения являются результатами вычислений, основанных на приведенных выше уравнений и наборов общих T1, T2, и 
изображений человеческого мозга. Два ярких круга в правом и левом углах изображения являются стандартами спиновых плотностей или фантомами, расположенными рядом с головой человека.
Спин-эхо изображения
TE (мс) |
|
|
|
TR |
|
|
|
(мс 20 |
40 |
60 |
80 |
) |
|
|
|
25
0
Спин- |
Спин- |
Спин-эхо изображение |
Спин-эхо изображение |
|
эхо изображение |
эхо изображение |
|||
TR = 250 мс |
TR = 250 мс |
|||
TR = 250 мс |
TR = 250 мс |
|||
TE = 60 мс |
TE = 80 мс |
|||
TE = 20 мс |
TE = 40 мс |
|||
|
|
50
0
Спин- |
Спин- |
Спин-эхо изображение Спин-эхо изображение |
||
эхо изображение |
эхо изображение |
|||
TR = 500 мс |
TR = 500 мс |
|||
TR = 500 мс |
TR = 500 мс |
|||
TE = 60 мс |
TE = 80 мс |
|||
TE = 20 мс |
TE = 40 мс |
|||
|
|
|||
113
75
0
Спин- |
Спин- |
эхо изображение |
эхо изображение |
TR = 750 мс |
TR = 750 мс |
TE = 20 мс |
TE = 40 мс |
10
00
Спин- |
Спин- |
эхо изображение |
эхо изображение |
TR = 1000 мс |
TR = 1000 мс |
TE = 20 мс |
TE = 40 мс |
20
00
Спин-эхо изображение |
Спин-эхо изображение |
TR = 750 мс |
TR = 750 мс |
TE = 60мс |
TE = 80мс |
Спин-эхо изображение |
|
TR = 1000 мс |
Спин-эхо изображение |
|
|
TE = 60 мс |
TR = 1000 мс |
|
|
|
TE = 80 мс |
Спин- |
Спин- |
Спин-эхо изображение Спин-эхо изображение |
||
эхо изображение |
эхо изображение |
|||
TR = 2000 мс |
TR = 2000 мс |
|||
TR = 2000 мс |
TR = 2000 мс |
|||
TE = 60 мс |
TE = 80 мс |
|||
TE = 20 мс |
TE = 40 мс |
|||
|
|
|||
Изображения инверсии-восстановления (180-90)
TR (мс)
TI (мс) 1000 |
2000 |
114
Рекомендовано к покупке и изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/
50
Инверсия восстановления изображении Инверсия восстановления изображении
TR = 1000 мс |
TR = 2000 мс |
К = 50 мс |
К = 50 мс |
100
Инверсия восстановления изображении Инверсия восстановления изображении
TR = 1000 мс |
TR = 2000 мс |
К = 100 мс |
К = 100 мс |
250
Инверсия восстановления изображении Инверсия восстановления изображении
TR = 1000 мс |
TR = 2000 мс |
К = 250 мс |
К = 250 мс |
500
Инверсия восстановления изображении Инверсия восстановления изображении
TR = 1000 мс |
TR = 2000 мс |
К = 500 мс |
К = 500 мс |
750
115
Инверсия восстановления изображении Инверсия восстановления изображении
TR = 1000 мс |
TR = 2000 мс |
К = 750 мс |
К = 750 мс |
Изображения градиентного эхо ( TE=5 мс )
TR (мс)
( o ) 25 |
50 |
100 |
200 |
15
Градиент |
Градиент |
Градиент |
Градиент |
воспроизведения |
воспроизведения |
воспроизведения |
воспроизведения |
эхо-картины |
эхо-картины |
эхо-картины |
эхо-картины |
TR = 25 мс |
TR = 50 мс |
TR = 100 мс |
TR = 150 мс |
= 15o |
= 15o |
= 15o |
= 15o |
TE = 5 мс |
TE = 5 мс |
TE = 5 мс |
TE = 5 мс |
30
Градиент |
Градиент |
Градиент |
Градиент |
воспроизведения |
воспроизведения |
воспроизведения |
воспроизведения |
эхо-картины |
эхо-картины |
эхо-картины |
эхо-картины |
TR = 25 мс |
TR = 50 мс |
TR = 100 мс |
TR = 200 мс |
= 30o |
= 30o |
= 30o |
= 30o |
TE = 5 мс |
TE = 5 мс |
TE = 5 мс |
TE = 5 мс |
45
Градиент |
Градиент |
Градиент |
Градиент |
воспроизведения |
воспроизведения |
воспроизведения |
воспроизведения |
эхо-картины |
эхо-картины |
эхо-картины |
эхо-картины |
TR = 25 мс |
TR = 50 мс |
TR = 100 мс |
TR = 200 мс |
= 45o |
= 45o |
= 45o |
= 45o |
TE = 5 мс |
TE = 5 мс |
TE = 5 мс |
TE = 5 мс |
116
Рекомендовано к покупке и изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/
60
Градиент |
Градиент |
Градиент |
Градиент |
воспроизведения |
воспроизведения |
воспроизведения |
воспроизведения |
эхо-картины |
эхо-картины |
эхо-картины |
эхо-картины |
TR = 25 мс |
TR = 50 мс |
TR = 100 мс |
TR = 200 мс |
= 60o |
= 60o |
= 60o |
= 60o |
TE = 5 мс |
TE = 5 мс |
TE = 5 мс |
TE = 5 мс |
90
Градиент |
Градиент |
Градиент |
Градиент |
воспроизведения |
воспроизведения |
воспроизведения |
воспроизведения |
эхо-картины |
эхо-картины |
эхо-картины |
эхо-картины |
TR = 25 мс |
TR = 50 мс |
TR = 100 мс |
TR = 200 мс |
= 90o |
= 90o |
= 90o |
= 90o |
TE = 5 мс |
TE = 5 мс |
TE = 5 мс |
TE = 5 мс |
Усреднение сигнала
Отношением сигнал-шум (signal-to-noise ratio - SNR) ткани на изображении является отношение усредненного сигнала для ткани к стандартному отклонению шума фона изображения. Отношение сигнал-шум может быть улучшено путем проведения усреднения сигнала. Усреднением сигнала является получение и усреднение сигнала от нескольких изображений. Сигналы присутствуют в каждом из усредненных изображений, так что их составляющие в конечном изображении складываются. Шум является вероятностной величиной, поэтому при сложении он не увеличивается, а нивелируется по мере увеличении числа накоплений. Улучшение соотношения сигнал-шум в результате усреднения сигнала пропорционально квадратному корню числа усредненных изображений (Nex). Число Nex чаще называется числом возбуждений.
SNR 
Nex1/2
Сравните результаты усреднений следующего числа изображений бутылки воды.
Nex Nex1/2
11.00
21.41
117
4 2.00
16 4.00
Глава 9 АППАРАТУРА
Обзор аппаратуры
На рисунке представлена схема основных систем магнитно-резонансного томографа и некоторые из основных разводок. Этот обзор кратко обозначит функцию каждого из них. Некоторые из них будут подробно описаны в этой главе.
Вверху схемы расположены компоненты томографа, находящиеся в комнате сканирования магнитно-резонансного томографа. Поле Bo, необходимое для процесса сканирования, создается магнитом (magnet). Для создания градиента в Bo по направлениям X, Y и Z, внутри магнита расположены градиентные катушки (gradient coils). Внутри градиентных катушек находится РЧ катушка (RF coil). РЧ катушка создает магнитное поле B1, необходимое для поворота спинов на 90o или 180o. РЧ катушка также регистрирует сигнал от спинов внутри тела. Пациент располагается на управляемом компьютером столе пациента (patient table). Точность установки позиции составляет 1 мм. Комната сканирования окружена РЧ экраном (RF shield). Экран предупреждает излучение РЧ-импульсов с большой энергией за пределы клиники. Он также защищает томограф от различных РЧ сигналов от теле- и радиостанций. Некоторые комнаты сканирования окружены также магнитным экраном, который предупреждает магнитное поле от распространения слишком далеко по территории клиники. Современные магниты имеют магнитный щит, встроенный в магнит.
"Сердцем" томографа является компьютер (computer). Он контролирует все компоненты томографа. Источник РЧ-импульсов (RF source) и программатор импульсов (pulse programmer) являются РЧ компонентами, находящимися под контролем компьютера. Источник генерирует синусоиду нужной частоты. Программатор импульсов придает им форму sinc импульсов. РЧ усилитель (RF amplifier) увеличивает мощность импульсов от милливатт до киловатт. Компьютер также управляет программатором градиентных импульсов (gradient pulse programmer), который определяет вид и амплитуду
118
Рекомендовано к покупке и изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/
каждого из трех градиентных полей. Градиентный усилитель (gradient amplifier) увеличивает мощность градиентных импульсов до уровня, достаточного для управления градиентными катушками.
Матричный процессор (array processor), имеющийся у некоторых томографов - это устройство, позволяющее проводить двумерное преобразование Фурье за доли секунды. Компьютер передает преобразование Фурье этому, более быстрому, устройству.
Оператор томографа производит ввод в компьютер через консоль управления (control console). Отображающая последовательность выбирается и модифицируется на консоли. Оператор может просматривать изображения на дисплее, расположенном на консоли, или распечатывать их на фотопринтере (film printer).
Следующие три части этой главы дают более подробное описание магнита, градиентных катушек, РЧ катушек и РЧ детекторе магнитно-резонансного томографе.
Магнит
Магнит является самой дорогой частью магнитно-резонансного томографа. Большинство магнитов являются сверхпроводящими. Это фотография сверхпроводящего магнита томографа силой 1.5 Тл.
Сверхпроводящий магнит - это электромагнит сделанный из проводника, обладающего сверхпроводимостью. Провод, сделанный из сверхпроводящего материала, охлажденный жидким гелием до температуры, близкой к абсолютному нулю (-273.15o C или 0 K), имеет почти нулевое сопротивление. После пропускания тока по катушке, он продолжает проходить по ней пока катушка содержится при температуре жидкого гелия.
(Некоторые потери происходят в связи с бесконечно малым сопротивлением катушки. Эти потери за год имеют размерность миллионных долей от основного магнитного поля.)
На следующем рисунке показано поперечное сечение сверхпроводящего магнита томографа.
119
Длина сверхпроводящей проволоки обычно составляет несколько километров. Катушка провода охлаждается до температуры 4.2К, погружением в жидкий гелий (liquid helium). Катушка и жидкий азот находятся в большом криостате (или сосуде Дьюара). Этот сосуд обычно окружен сосудом Дьюара с жидким азотом (77.4К), который выполняет роль термоизолятора между комнатной температурой (293К) и жидким гелием.
Градиентные катушки
Градиентные катушки создают градиенты в магнитном поле Bo. Эти катушки содержатся при комнатной температуре. Они создают необходимый градиент благодаря своей конфигурации. Так как наиболее часто используется сверхпроводящий магнит с горизонтальной осью, система градиентных катушек будет описана именно для него.
Пользуясь стандартной в магнитном резонансе координатной системой, градиент Bo по направлению Z достигается антигельмгольцевой катушкой. Ток проходит в противоположных направлениях в двух катушках, создавая градиент магнитного поля между двумя катушками. Поле В одной катушки прибавляется к полю Bo, в то время как поле В в центре другой катушки отнимается от поля Bo.
120
Рекомендовано к покупке и изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/