MAGNETNA REZONANCA U MEDICINSKOJ DIJAGNOSTICI

Dobitnici Nobelovih nagrada za

NMR 1991. Robert Ernst, Nobelova nagrada za

hemiju, ETH, Zurich, Switzerland

2002. Kurt Wütrich, Nobelova nagrada zahemiju (razvoj spektroskopije na bazi NMR), ETH, Zurich, Switzerland

2003, Paul Lauterbur, Nobelova nagrada zamedicine, 2D vizuelizacija, Illinois University

2003, Peter Mansfield, Nobelova nagrada zamedicine, za doprinos u razvoju slike dobijeneNMR, Nottingham University

Svaki MRI aparat sastoji se od jakog magneta, predajnika i prijemnika radiotalasa i računara.

Prema jačini magnetnog polja uređaje za MR

delimo na:

Niske jačine polja - do 0.5 T

Srednje jačine polja - 0.5 T do 1 T

Visoke jačine polja - 1 T i više (1.5 T, 2 T, 3 T,

7 T, ...)

Za poređenje, zemljino magnetno polje je reda

50 μT (0.000 05 T).

U kliničke svrhe koriste se magneti

jačine od 0,1 do 4,0 Т

MR

Tipovi aparata

Aparati sa stalnim magnetima

Prednosti:

-Nije potrebna električna energija-Otvorena arhitektura – prijatnije za pacijente- Limitirane granice polja-Nije potrebno rashladno sredstvo-Dovoljno dobar kvalitet slike za većinu ispitivanja

MR

Tipovi aparata

Aparati sa stalnim magnetima

Nedostaci:

-niska vrednost magnetnog polja- 0,3 Т,- osetljivost na promene temperature i -velika težina (do 100 tona)-Ne može se isključiti-Nizak odnos signal: šum-Neke specijalne tehnike se ne mogu primeniti

MR

Tipovi aparata

Aparati sa elektro-magnetnim poljem

-Polje stvara električna struja tokom prolaska kroz

kalemove.

- Postize se homogeno magnetno polje jačine do 0.4 Т.

– Dugotrajni su, jeftini za korišćenje, pouzdani

- Tihi su i konforni za pacijente (nazivaju se i otvoreni).

- Posebno su pogodni za izvođenje intervencija u

hirurgiji,patologiji i kod klaustrofobičnih pacijenata

MR

Tipovi aparata

Aparati sa supraprovodljivim

magnetima

–Magnetno polje se podešava u drajverima , koja se

hlade na temperaturi od -269 ° С, које time stiče

supraprovodljiva svojstva.

-Glavne prednosti: mogućnost da postignu visoku

snagu i homogeno magnetno polje.

-Nedostataci: visoka cena i prilično visoki operativni

troškovi, kao i dosta buke prilikom snimanja.

MR

INDIKACIJE1. Bolesti CNS : kongenitalne anomalije i bolesti

psihomotorna retardacija

cerebrovaskularne bolesti: ishemija, hemoragija

aneurizme krvnih sudova

degenerativna oboljenja CNS

intoksikacije, infekcije, tumori, povrede...

2. Bolesti kičme i kičmene moždine

3.Kardiovaskularne bolesti

4. Endokrine bolesti

5. Plućne embolije i druge bolesti pluća

6. Bolesti trbuha i male karlice

7. Bolesti kostiju, zglobova i mišića

MR

NUKLEARNA MAGNETNA REZONANCA: Pojava razmene energije između fotona i jezgara (protona), tj. dva sistema koja imaju istu frekvenciju

Termin "nuklearna" označava da se razmena energije vrši na nivou interakcije magnetnog polja i radio-talasa sa magnetnim momentom jezgra atoma i NEMA veze sa jonizujućim zračenjem iz jezgra

Scenario dobijanja slike na osnovu NMR

1) Objekat (telo pacijenta) se postavi u jako magnetno polje

2) Radio talasi se dovedu u telo pacijenta[2~10 ms]

3) Prijem radio talasa reemitovanih iz tela

4) Izmereni radifrekventni podaci se prevode u sliku (image)

Radiofrekventni namot

Presek MRI skenera

Pacijent

Pacijentski sto

Namoti gradijenta

Magnet

Skener

Gradijentni namoti MRI skenera

Z namot

Y namot

X namot

Pacijent

Transiver

1.Magnetno polje poravnava vodonikove protone u telu

2.Protoni apsorbuju RF talase i emituju signal

3. RF kalem sakuplja signale i prenosi ih do kompjutera

4. Kompjuter procesita podatke i generiše sliku

Originalni patent

Faktori od kojih zavisi MR imaging

Kvantne osobine nuklearnog spina Karakteristike radio frekventne (RF)

pobude Karakteristike relaksacije različitih

tkiva Jačine magnetnih polja i gradijenata Vremenske karakteristike gradijenata

magnetnog polja, RF impulsa i detekcije signala

Koja atomska jezgra se mogu koristiti za dobijanje slike

(MRI) Jezgro mora imati dve osobine:

• spin• naelektrisanje

Jezgra se sastoje od neutrona i protona, a oni • imaju spin ½• protoni imaju naelektrisanje

Zbog uparivanja nukleaona, samo jezgra sa neparnim brojem nukleona imaju rezultujući spin• jezgra pogodna za MRI su 1H, 13C, 19F, 23Na, 31P

Jezgra (atomi) vodonika su najbolji za MRI

Biološka tkiva se dominantno sastoje od 12C, 16O, 14N i 1H

Vodonikovi atomi su jedinu atomu kojih ima u velikom broju koji su pogodni za MRI

Vodonik je najobilniji atom u telu Najveći deo vodonika je u obliku vode

(H2O) Praktično celokupan MRI potiče od

vodonika odnosno protona

Karakteristike jezgara vidljivih pri NMR

Ponašanje pojedinačnog protona

Proton rotira oko svoje ose; Stvara zatvorenu strujnu konturui generiše magnetni moment

Protonski “magnet” se razlikuje od magnetne šipke po tome štoposeduje ugaoni moment zbog spina.

++

+

J

= J žiromagnetski odnoskonstantan za dato jezgro

U odsustvu jakog spoljašnjeg magnetnog polja magnetni momentisu haotično raspoređeni u prostoru

Protoni koji rotirajudeluju kao mali magneti

U prisustvu spoljašnjeg magnetnog polja magnetni momenti moguda se orijentišu paralelno i potpuno suprotno-antiparalelno spoljašnjem magnetnom polju

- Pacijent u magnetnom polju postaje magnet

RF impuls sa Larmorovom frekvencijom je

prvi korak transformacije magnetizacije u

upotrebljivi NMR signal.

frekvencija EM zračenja neophodna da proton pređe sa nižeg na više energetsko stanje

(1 T: 42,57 MHz Oblast RF zracenja)

RF impuls sinhronizuje protone i oni više nisu slobodno

orijentisani

• Kada prestane da deluje RF impuls ceo sistem se vraća u stanje ravnoteže tj. dolazi do relaksacije.

00 B

Paketi spinova

Promena NMR signala u vremenu

T1 relaksacija – jezgra oborena ka xy ravni se ponovo orijentišu u pravcu magnetnog polja

T2 relaksacija – jezgra izvedena iz orijentacije u pravcu B orijentišu se zajedno, ali brzo postaju nekoherentni (izvan faze)

T2* relaksacija – Poremećaji u magnetnom polju utiču na koherentnost precesije T2 relaksacije

Ukupni NMR signal je kombinacija informacija o ukupnom broju protona, T1, T2 i T2* vremenima relaksacije

REZIME: Različita tkiva imaju različita

vremena relaksacije- koristi se za

generisanje slike ( image contrast)

T1 - sivo - belo

T2 - tkiva

T2* - susceptibilnost

Kratko Dugačko

T1 vrednosti tkiva, ms

Slika

TečnostSivoBelo

Masno tkivo

Slika

TečnostBelo

Sivo

Mast

kratko dugačko

T2 vrednost tkiva, ms

Tkivo T1 (s) T2 (ms) r*

CNS 0.8 - 20 110 - 2000 700-2300

Belo 0.76 - 1.08 61-100 700-900

Sivo 1.09 - 2.15 61 - 109 850 - 1250

Neuroni 0.5 - 2.2 50 - 165 50 - 440

Mišići 0.95 - 1.82 20 - 67 450 - 900

*Bazirano na r=1110 kg/m3

za 12 mM vodeni rastvor NiCl2

2D-FT NMRI

Dobijanje slike magnetnom rezonancijom primenom dvodimenzionalnih Furijeovih transformacija

Dvodimenzionalna Furijeova transformacija transformiše funkciju dve vremenske varijable u funkciju dve frekvencijske varijable

2D-FT Nuclear magnetic resonance imaging

ν = γ ( Bo + x Gx) = νo + γ x Gx

Sliku rekonstruišemouzimajući inverznuFurijeovutransformaciju

Field of view slike:

Pojednostavljen vremenski dijagram dvodimenzinalne Furijeove transformacije 2DFT, SE (Spin-eho) impulsne sekvence.

Simboli za gradijente magnetnog polja u pravcu x, y i z ose su Gx, Gy, i Gz.

Uticaj Gradijenta magnetnog

polja na signal

Rezolucija slike

Niska Visoka

rezolucija slike

Ravan

slike

Objekat

Mala gustina veliki piksel

Velika gustina, mali piksel

Kratko T2* Dugačko T2*

KontrastVeberov kontrast

I luminansa predmeta;

Ib - luminansa pozadine

Majklsonov kontrast

Kod uzoraka gde tamni i svetli deo zauzimaju podjednaku površinu

RMS ( Root mean square ) kontrast

Ne zavisi od prostorne distribucije, definiše se kao standardna devijacija intenziteta piksela

Iij intenzitet ij elementa dvodimenzionalne slike veličine MxN

srednji intenzitet svih piksela na slici normalizovanih na

opseg [0,1].

Osetljivost kontrasta

Mera razlike nivoa luminiscencije na statičkoj slici

Projekcije-mozak

Sagitalna Transferzalna -Aksijalna Koronalna

Najnovije tehnologije

Hyper-SAGE MRI osetljivost

(hyperpolarized xenon signalamplification by gas extraction)

Lawrence Berkeley National Laboratory i University of California,

U hiperpolarizovanom gasu 5 jezgara od 10 proizvodi MRI signal umesto 1 na 100000 u tradicionalnoj MRI.

Pacijent udiše hiperpolarizovani gas koji se rastvara u krvi i dolazi do mozga. MRI signal se detektuje iz izdahnutog gasa MRI spektrometrom (patent PNAS 106 16903, 2009.)

MRI

MRI celog tela

Mozak-ciljni organ br.1

Mozak i glava

Pluća

Pluća

MR kolonografijaurologija ... i još

Desni gornji kvadrant

Levi gornji kvadrant

Pojas

Epigastrum

Donji abdomen

Desni donji kvadrant

Levi donji kvadrant

MRI celog tela

Zdravlje žene

Slika fetusa Pelvis

Bilatelarno nagomilavanje masnog tkiva dojke

2 slajsa, sagitalni presek dojke

Automatsko procesiranje

MRI “Mamografija”

MRIMamografija

Kičma

MRI skan gornjegtorza (kosti kičme)

Ortopedija

MRI slika kolenau sagitalnoj ravni

MRI slika Ahilove peteMormalna sa tečnošću

Tumorske strukture

Kardiologija

Lokacija ravni slike MR

(LV)Leva ventrikula

Desna ventrikula (RV)Leva ventrikula ne prima dovoljno krvi

Leva ventrikula oštećena od srćanog udara

Uobičajeni format snimka

Osnovne mere sigurnosti

RF opekotine

Bezbolna, ali ponekad blago neugodna

metoda

bez jonizujućeg zračenja

bezbolna je i neškodljiva

ponekad i blago neugodna

Mnogim ljudima može da smeta jak pulsirajući zvuk,

koji je neprijatan, ali ipak podnošljiv

Problem može da predstavlja dužina pregleda, oko 15-45 minuta,

tokom kojih pacijent praktično mora da bude nepomičan

Ponekad snimanje MR zahteva i prethodno intravensko ubrizgavanje

kontrasnog sredstva, koje može, mada retko, da izazove neželjene

efekte i alergijske reakcije.

MR

Ko ne sme na pregled magnetnomrezonancom?

Pacijenti sa pejsmejkorom, metalnim stranimtelima u blizini velikih krvnih sudova, oka i u glavi

Pacijenti sa operisanim moždanim aneurizmamapomoću starog tipa metalnih štipaljki

Pacijenti sa nekim veštačkim zaliscima srca ipumpama, kako insulinskim tako i onima zakontrolu bolova

Pacijenti sa tetovažama, nakitom

Trudnice u prva 3 meseca trudnoće

MR

NEMA

SAVREMENE MEDICINE I DIJAGNOSTIKE BEZ

MAGNETNE REZONANCE

ZAKLJUČAK