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1. Biophysikalische Grundlagen der Magnetresonanztomografie (MRT)


Abb. 14-1:

Abb. 14-2:
Abb. 14-3:
Abb. 14-4:
Abb. 14-5:
Abb. 14-6:
Abb. 14-7:

Abb. 14-8:

2. Geschichte der Kernspintomografie / NMR


Abb. 14-9:

Abb. 14-10:
Abb. 14-11:

-1971: MRI Tumornachweis (Damadian)
-1973: Lauterbur spekuliert, die NMR könnte zur Bildentstehung genutzt werden


Abb. 14-12:

3. Eigenschaften von Protonen


Abb. 14-13: MRT = Erfassung der Dichte un Schwingungseigenschaften magnetisch erregter Wasserstoffkerne (Protonen)
Abb. 14-13: MRT = Erfassung der Dichte un Schwingungseigenschaften magnetisch erregter Wasserstoffkerne (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

Abb. 14-14: Atomkerne erhalten wegen des Kernspins ein magnetisches Moment.

4.1 Jedes Proton verhält sich wie ein kleiner Magnet und mechanisch wie ein Kreisel.

Abb. 14-15: Eigendrehimpuls, sog. Kernspin.
Abb. 14-15: Eigendrehimpuls, sog. Kernspin.
Abb. 14-16: Eigendrehimpuls, sog. Kernspin.
Abb. 14-16: Eigendrehimpuls, sog. Kernspin.
Abb. 14-17: Normalerweise sind die Spins ungerichtet, d.h. in alle Raumrichtungen verteilt.
Abb. 14-17: Normalerweise sind die Spins ungerichtet, d.h. in alle Raumrichtungen verteilt.
Legende

Quelle: Picker International

5. Die nötige Grundausstattung

Abb. 14-18:
Abb. 14-19:

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

Abb. 14-20: Eigendrehimpuls, sog. Kernspin.
Abb. 14-20: Eigendrehimpuls, sog. Kernspin.
Abb. 14-21:
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)
Abb. 14-22: Eigendrehimpuls, sog. Kernspin.
Abb. 14-22: Eigendrehimpuls, sog. Kernspin.
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

Abb. 14-23:
Abb. 14-24:
Abb. 14-25:
Abb. 14-26:

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.

Abb. 14-27:
Abb. 14-28:
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.

Abb. 14-29:
Abb. 14-30:
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

Abb. 14-31:
Legende

Abb. 14-31:
Während der Einstrahlung der HF-Wellen werden die Präzessions-bewegungen der Protonen synchronisiert (gleiche Phasenlage).

Quellen: Picker International

9. Relaxation

Abb. 14-32:
Legende

Abb. 14-32:
Klappt man Längsmagnetisierung um 90° (Mz=0), rotiert ein resultierender magnetischer Vektor in x-y-Ebene -> Quermagnetisierung


Quelle: Siemens

Abb. 14-33:
Legende

Quelle: Picker International

Abb. 14-34:
Legende

Quelle: Picker International

10. T1 and TR

Je nach chemischer Verbindung, in der die Wasserstoffkerne vorliegen, sind die Relaxationszeiten länger oder kürzer

Abb. 14-35:
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

Abb. 14-36:
Abb. 14-37:
Abb. 14-38:
Abb. 14-39:
Abb. 14-40:
Abb. 14-41:
Legende

Abb. 14-40: Quelle: Picker International

Abb. 14-42:
Abb. 14-43:
Abb. 14-44:
Abb. 14-45:
Abb. 14-46:
Abb. 14-47:
Legende

Abb. 14-46: Quelle: Picker International

Abb. 14-48:
Abb. 14-49:
Abb. 14-50:
Abb. 14-51:
Abb. 14-52:
Abb. 14-53:
Abb. 14-54:
Abb. 14-55:

11. Ortslokalisation

Abb. 14-56:
Abb. 14-57:
Legende

Quellen: Picker International

Abb. 14-58:
Abb. 14-59: