Autoren:
Dr. med. J. Assheuer
1. Biophysikalische Grundlagen der Magnetresonanztomografie (MRT)
2. Geschichte der Kernspintomografie / NMR
-1971: MRI Tumornachweis (Damadian)
-1973: Lauterbur spekuliert, die NMR könnte zur Bildentstehung genutzt werden
3. Eigenschaften von Protonen
4. Proton
Alle Atomkerne mit ungerader Anzahl an Protonen haben einen Eigendrehimpuls, den sog. Kernspin.
Atome mit diesen Eigenschaften in unserem Körper sind Wasserstoff (1H), Stickstoff, Natrium (23Na) Phosphor (31P) und (13C, 19F).
1H (Proton)
abundant: reichlich im menschlichen Körper vorhanden
hohe Sensitivität: hohes Signal erreichbar
4.1 Jedes Proton verhält sich wie ein kleiner Magnet und mechanisch wie ein Kreisel.
Legende
Quelle: Picker International
5. Die nötige Grundausstattung
6. Der Magnet
Stärke
1 Tesla (T) = 10,000 Gauss
Erdmagnetfeld = 0.5 Gauss
1,5 Tesla = 1,5 x 10,000 / 0.5 = 30,000 x Erdmagnetfeld
dauerhaft “eingeschaltet”
Hauptmagnetfeld = B0
Legende
Abb. 14-20:
Quelle: http://www.spacedaily.com/
7. Subjekt-Sicherheit
Jede Person, die sich in der Nähe eines Magneten aufhält muss sorgfältig untersucht werden:
Kein Metall am Körper:
- Schmuck, Uhren, Piercings
- Münzen, etc.
- Geldbeutel
- jedes Metallteil, das das Magnetfelt
- stören könnte (e.g., underwire bra)
Kein Metall im Körper:
- Pacemaker
- Aneurysma-Clips
- Metallimplantate (e.g., Cochle-Implants)
- intrauterine Objekte (IUDs)
- Dentalstücke (Füllungen sind okay)
Legende
This subject was wearing a hair band with a ~2 mm copper clamp. Left: with hair band. Right: without.
Quelle: Jorge Jovicich
Die untersuchten Personen sollten Ohrstäpsel erhalten (der Lärmpegel kann 120 dB erreichen)
8. Praxisbesuch
8.1 Wie reagiert ein Proton, wenn ein magnetisches Feld eingeschaltet wird?
Legt man von außen ein Magnetfeld an, richten sich die Spins entlang der Feldlinien aus. Dafür gibt es zwei Möglichkeiten, die parallele und die antiparallele Ausrichtung.
Legende
Abb. 14-27:
Verteilung der Ausrichtung der Kernspins nach Anlegen eines Magnetfeldes
Abb. 14-28:
Summenvektor
Quellen: Picker International
Neben der Ausrichtung der Kerne durch das äußere Magnetfeld findet zusätz-lich eine Kreiselbewegung (Präzission) entlang der Magnetfeldlinien statt, die sog. Larmorfrequenz.
Legende
Abb. 14-29:
Präzissionsbewegung eines Kreisels und Ausrichtung nach dem Erdmagnetfeld.
Abb. 14-30:
Präzissionsbewegung eines Kernspins nach Anlegen eines Magnetfeldes.
Quellen: Picker International
Legende
Abb. 14-31:
Während der Einstrahlung der HF-Wellen werden die Präzessions-bewegungen der Protonen synchronisiert (gleiche Phasenlage).
Quellen: Picker International
9. Relaxation
Legende
Abb. 14-32:
Klappt man Längsmagnetisierung um 90° (Mz=0), rotiert ein resultierender magnetischer Vektor in x-y-Ebene -> Quermagnetisierung
Quelle: Siemens
10. T1 and TR
Je nach chemischer Verbindung, in der die Wasserstoffkerne vorliegen, sind die Relaxationszeiten länger oder kürzer
Legende
T1-Zeit:
kurz in Fett, lang in Flüssigkeiten
Quelle: Marc Cohen's web slides
http://porkpie.loni.ucla.edu/BMD_HTML/SharedCode/slides/BasicMRPhysics/ppframe.htm