MRI-perusteet, OSA 2 Kuvauslaite

1
MRI-perusteet, OSA 2 Kuvauslaite

• Jukka Jauhiainen
• Oulun seudun ammattikorkeakoulu
• Tekniikan yksikkö

2
Magneettikuvauslaitte kaavakuvana
3
Laitteiden jaottelu

• Matalakenttä/korkeakenttälaitteet
• Matalakenttä B0 lt 1,0 T
• Korkeakenttä B0 gt 1,0 T
• Suurimmat kentät 3 T
• Suljetut/avoimet
• Suljetut yleensä korkeakenttälaitteita
• Avoimia käytetään lähinnä interventioissa

4
Korkeakenttälaite
5
Avomagneetti (Picker Proview)
6
Periaatteellinen rakenne ja B0-kentän suunta
7
Magneettivuon tiheys

• Magneettikentän kenttäviivat ovat suljettuja
  ympyröitä.
• Kenttäviivojen suunta on etelänavalta (S)
  pohjoisnavalle (N)
• Magneettivuon tiheys kuvaa sitä, kuinka paljon
  kenttäviivoja kulkee tietyn pinnan läpi, yksikkö
  Tesla (T)

8
Suljetun laitteen ominaisuuksia

• Homogeeninen magneettikenttä
• Päästään suurempiin kenttävoimakkuuksiin
• Mahdollistaa nopean kuvantamisen (EPI)
• Edistykselliset kuvausmenetelmät
• MRA, fMRI, DWI, PWI, MRS
• Potilas piilossa putkessa

9
Avomagneetin ominaisuuksia

• Matala kenttävoimakkuus
• Epähomogeenisempi kenttä
• Huonompi kuvanlaatu
• Rasvasuppressio vaikeaa (pieni kemiallinen
  siirtymä)
• Soveltuu lapsille ja klaustrofobisille
• Mahdollistaa pääsyn potilaaseen kuvauksen aikana
  (leikkaukset, interventiot)

10
B0-kenttä voidaan tehdä kolmella menetelmällä

• Kestomagneetit
• Resistiiviset sähkömagneetit
• Suprajohtavat sähkömagneetit

11
Kestomagneetit

• Muodostuu useasta kerroksesta ferromagneettisia
  lohkoja
• Valmis komponentti magnetisoidaan käyttäen
  voimakasta sähkömagneettia
• Kentän voimakkuus max. 0,3 T
• ERITTÄIN paivava (7 - 12 tn)

12
Kestomagneetin edut ja haitat

• Etuja
• Alhaiset tuotanto- ja käyttökustannukset
• Pieni hajakenttä
• Haittoja
• Matalakenttälaite
• Erittäin painava

13
Resistiiviset sähkömagneetit

• Muodostuvat useista johdinkeloista eli käämeistä
• Joko rauta- tai ilmasydämisiä
• Rautasydämellä saadaan vahvistettua ja suunnattua
  B0-kenttää
• Ilmasydämiset keveitä, mutta kentän ylläpito
  vaatii enemmän energiaa
• Kentän voimakkuus max. 0,2 T

14
Rautasydämisen etuja ja haittoja

• Etuja
• Alhaiset tuotantokustannukset
• Helppo kelojen huolto
• Pieni hajakenttä
• Voidaan kytkeä pois päältä
• Haittoja
• Suuri energian kulutus
• Tarvitsee vesijäähdytyksen
• Kenttä saattaa olla epästabiili

15
Ilmasydämisen etuja ja haittoja

• Etuja
• Alhaiset tuotantokustannukset
• Helppo kelojen huolto
• Voidaan kytkeä pois päältä
• Haittoja
• Suuri hajakenttä
• Suuri energian kulutus
• Tarvitsee vesijäähdytyksen

16
Suprajohtavat sähkömagneetit

• Kaikissa korkeakenttälaitteissa
• Kentän muodostaa johdinkeloissa kulkeva virta
• Kelat valmistettu niobi-titaani-seoksesta, joka
  muuttuu suprajohtavaksi alle 9,5 Kn
  lämpötiloissa
• Suprajohteessa sähkövirta kulkee ilman
  sähkövastusta

17
Suprajohtavat magneetit II

• Kelojen ympärillä on nestemäistä heliumia, joka
  pitää lämpötilan riittävän alhaalla
• Kerran keloihin ajettu virta kiertää siellä
  käytännössä ikuisesti ilman että sinne
  tarvitsee syöttää lisää virtaa.

18
Etuja ja haittoja

• Etuja
• Korkea kenttävoimakkuus
• Hyvä kentän homogeenisuus
• Pieni tehonkulutus
• Hyvä signaali-kohinasuhde
• Nopeus
• Haittoja
• Korkeat valmistuskustannukset
• Jäähdytys vaivalloista
• Tietyt kuvausvirheet korostuvat korkeassa
  kentässä

19
Shimmaus

• Operaatio, jolla parannetaan magneettikentän
  homogeenisuutta
• Oltava lt 5 ppm
• Passiivinen
• Kenttä muokataan sopivasti sijoitetuilla
  raudanpalasilla
• Aktiivinen
• Putkessa on joukko (esim. 30) ns. shimmauskeloja.
• Tietokone säätää automaattisesti niiden virtaa
  kuvauksen aikana

20
Gradienttikelat

• Kuvan paikkakoodaaminen vaatii, että jokaisessa
  kuvan vokselissa on hieman eri kenttä
• Muutokset staattiseen B0-kenttään tehdään
  gradienttikelojen avulla.
• Ominaisuuksia
• Lineaarisuus,
• Jyrkkyys (mT/m)
• Nousuaika eli slew rate (mT/m/ms)

21
Gradienttikentän synnyttäminen
22
Todellinen x-gradienttikela
23
Pyörrevirrat

• Muuttuva magneettikenttä indusoi johteeseen
  muutosta vastustavan virran
• Gradienttikentät aiheuttavat myös potilaan
  sisälle sähkövirran !
• Kuvaustilanteessa on varmistettava, ettei kelojen
  johtoihin synny silmukoita
• Kaikki metalliesineet poistettava potilaalta
• Potilasta, jolla on metallia elimistössään EI SAA
  KUVATA !

24
B1-kenttä

• B1-kentällä tehdään protonien viritys
• Kenttä värähtelee protonien resonanssitaajuudella,
  joka riippuu kenttävoimakkuudesta (9 - 85 MHz)
• Osat
• RF-lähetin
• RF-vastaanotin
• Kuvauskelat

25
RF-lähetin

• Taajuusgeneraattori, jonka taajuutta voidaan
  säätää resonanssitaajuuden ympärillä
• Nykyään käytetään digitaalista taajuussynteesiä
• Resonanssitaajuinen signaali moduloidaan
  sinc-funktiolla
• Moduloitu signaali viedään RF-tehovahvistimelle
• Sieltä edelleen RF-lähetyskelalle

26
RF-vastaanotin

• Mittaa magnetoitumavektorin indusoimaa virtaa
  vastaanotinkelassa
• Vastaanotettu RF-teho on noin yksi miljardisosa
  lähetystehosta !
• Vastaanotin- ja lähetinkelat voivat olla
  rakennettu samaan kelaan (pääkela) tai ne voivat
  olla erillisiä (pintakela)

27
RF-vastaanotin
RF-kela
Esivahvistin
Suodatus ja demodulointi
Näytteistys digitaaliseksi
Talletus tietokoneen muistiin
28
Vastaanotinkelat

• Kerää varsinaisen MR-signaalin kohteesta !
• Käytännön työssä magneettihoitaja valitsee
  kuvauskohteen mukaan sopivan vastaanotinkelan
• AINOA tässä esitelmässä esille tuleva värkki,
  jonka toiminta on todella hyödyllistä ymmärtää )

29
Vartalokela (body coil)

• Käytetään lähinnä kohteen paikannuskuvaukseen
  (localizer)
• Laaja kuva-ala
• Huono signaali-kohinasuhde
• Rakennettu laitteen sisään, ei näy ulospäin
• Pystyy sekä lähettämään että vastaanottamaan

30
Pintakela (surface coil)

• Yksinkertaisimmillaan pelkkä virtasilmukka
• Voi olla käännetty satulan muotoon
• Polvi- ja olkapääkelat
• Asetetaan kuvattavan kohteen päälle
• Herkkyys pienenee nopeasti kun etäisyys kohteen
  pinnalta kasvaa
• Ainoastaan vastaanotto (lähettimenä esim.
  vartalokela)

31
Polvikelan asettelu
32
Tilavuuskelat (volume coils)

• Kerää signaalin tilavuudesta, joka jää useamman
  kelan sisäpuolelle
• Ehdottomasti yleisin on pääkela
• Sekä lähetys että vastaanotto
• Erinomainen signaali-kohinasuhde

33
Pääkela ...
34
Signaali-kohinasuhde

• Yleinen periaate Signaali-kohinasuhde on sitä
  parempi, mitä pienempi on vastaanotinkelan
  pinta-ala
• Pienet pintakelat tuottavat parhaan signaalin,
  mutta vain hyvin rajalliselta alueelta.
• Isot kelat keräävät laajemmalta alueelta
  kohinaisempaa kamaa

35
Phased-array-kelat

• Ideana on liittää yhteen monta pientä pintakelaa
• Voidaan kerätä laajalta alueelta voimakas
  signaali !
• Kunkin erillisen kelan keräämä signaali viedään
  erillisiin RF-vastaanotinkanaviin
• Kanavien signaalit yhdistetään tietokoneella
  yhdeksi kuvaksi
• Tyypillinen sovellus on selkäkela
• Ei (yleensä) voida käyttää EPIn kanssa

36
Phased-array kela
37
Kuvauksen valmistelu

• Kun potilas on putkessa ja oikea kela valittuna,
  magneettihoitaja käynnistää varsinaisen kuvauksen
• PRESCAN säätää mm.
• Resonanssitaajuuden kohdalleen
• RF-lähettimen lähetystehon
• RF-vastaanottimen vahvistuksen
• Aktiivinen shimmaus (autoshim)
• Nyt ollaankin valmiita aloittamaan itse kuvaus...