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W.GRÜNDER
Relaxation
Basis-Impulsprogramme
W.GRÜNDER
• Nur zur internen Verwendung durch Teilnehmer an der Wahlfachvorlesung 1 „Methoden der NMR-Bildgebung und Spektroskopie“der Universität Leipzig im WS 2004/2005
• Enthält nur einige Basis-Folien der im Rahmen des Vorlesungszyklus erstellten Powerpoint –Präsentationen und ist lediglich zur
Wiederholung bzw. Vertiefung des in den Vorlesungen vermittelten Wissens und zur Vorbereitung der Abschlußprüfung gedacht.
• Änderungen, Ergänzungen, Kopien, anderweitige (auch teilweise) Veröffentlichung sowie Weitergabe an Dritte nur mit ausdrücklicher Genehmigung des Autors !
• Hinweise/ Kritiken zu Inhalt und Gestaltung an: Prof. Dr. W. Gründer, Institut für Medizinische Physik und Biophysik, [email protected]
Stand: Januar 2005
W.GRÜNDER
NMR - Relaxation
T1
T2
„freies“ Wasser
kleine Moleküle,
hohe
Beweglichkeit
„gebundenes“ Wasser
große Moleküle,
langsame Bewegung
T1/T2
1/T c kalt warm
1/T1 = C [τc/1+ω0τc) +2 τc/(1+4 ω02τc
2)] τc= 4πηa³/3kT (Wasser bei 200C: τc=3.10-12s)
weiches Gewebe
W.GRÜNDER
T1 [ms] 1.5 T
921
787
2650
1090
979
957
1109
1073
0.2 T
495
390
2650
627
549
832
864
629
101
92
280
113
103
111
141
121
T2 [ms]
graue Substanz.
weiße Substanz.
CSF
Ödem
Meningiom
Gliom
Astrozytom
versch. Tumoren
Gewebe
Relaxationszeiten von Hirn-Gewebe
PD = ρ [rel]
0.69
0.61
1.00
0.860.64?
-
-
-
W.GRÜNDER
Das Spin-Echo
x y
TE/2 TE/2
x yx y
π/2-Impuls π-Impuls Spin-Echo
W.GRÜNDER
Magnet
B0
Lage des Bo- / B1-Felds im SL-Magnet
B1B0
HF-Spule
HF-(B1)Spule
B1
HF-(B1)Spule
W.GRÜNDER
TE
TR
Spin-Echo-Experiment (SE)
Über die experimentellen Parameter
Echozeit (TE) und
Wiederholzeit (TR)
ist der Gewebekontrast variierbar
S = K * ρ * ( 1 – exp{ - TR/ T1 }) * exp { -TE/T2 }
W.GRÜNDER
Multi-Echo-Experiment (MSE)
S = K * ρ * ( 1 – exp{ - TR/ T1 }) * exp { -TE/T2 }
TR
TE TE TE TE
exp (-t/T2 )
exp (-t/T2* )
Abfall der Echo-Einhüllenden mit T2
Abfall der Freien Induktion mit T2*
W.GRÜNDER
0 100 200 300 400 500 6000,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0 gr. Subst. w.Subst. CSF Meningiom Ödem
Sig
na
l-In
zen
sitä
t
Zeit (TR) x10 ms
T1-Relaxation von Hirn-Gewebemit Berücksichtigung der Protonendichte
1
2
3
4
S = ρ [1 – exp(- TR/ T1 )]
W.GRÜNDER
Spin-Echo-Kontraste: die Wiederholzeit TR
1
2
3
4
W.GRÜNDER
0 100 200 300 400 500 6000,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
gr. Subst. w.Subst. CSF Meningiom Ödem
Sig
nal-
Inze
nsitä
t
Zeit (TR) x10 ms
T1-Relaxation von Hirn-Gewebemit Berücksichtigung der Protonendichte PD
T1 bestimmt Kontrast:
T1-Wichtung
kaum Einfluß von T1
nur Einfluß von PD und T2 :
PD- oder T2-Wichtung
W.GRÜNDER
0 5 10 15 20 25 30 35 400,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
gr.Subst. w. Subst. CSF Meningiom Ödem
Sig
na
l-In
ten
sitä
t
Zeit / 10ms
T2-Relaxation von Hirn-Gewebeohne Berücksichtigung der PD
S = exp (- TE / T2)
W.GRÜNDER
0 5 10 15 20 25 30 35 400,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
gr.Subst. w.Subst. CSF Meningiom Ödem
Sig
na
l-In
ten
sitä
t
Zeit / 10ms
mit Berücksichtigung der PD
T2-Relaxation von Hirn-Gewebe
1
2
3
4
S = ρ * exp (- TE / T2)
W.GRÜNDER
Spin-Echo-Kontraste: die Echozeit TE
1
2
3
4
W.GRÜNDER
Kontrast durch gewebespezifische Relaxation
LongitudinaleRelaxation T1
transversaleRelaxation T2
TR
Mz S
Gewebe 1
Gewebe 2
lange TE
Gewebe 2
Gewebe 1
TR TE
kurze mittlere
W.GRÜNDER
0 20 40 60 80 100 120 1400,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
gr.Substanz w.Substanz CSF Meningiom Ödem
Sig
nal-
Inte
nsi
tät
Zeit / 10ms
Spin-Echo-Kontraste: Einfluß von TR und TEmit Berücksichtigung der PD
TR
TE
T1-RelaxationT2-
Relax,
Signal
W.GRÜNDER
0 50 100 150 200 2500,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8 gr.Subst w.Subst. CSF Meningiom Ödem
Sig
na
-In
ten
sitä
t
Zeit /10msTR / 10 ms
Spin-Echo-Kontrast von Hirn-Gewebe
0 20 40 60 80 100 120 140TE / ms
W.GRÜNDER
0 20 40 60 80 100 120 1400,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
gr.Subst. w.Subst. CSF Meningiom Ödem
Sig
na
l
Echozeit TE / ms
Anteil der T2-Relaxation bei TR=1s (Meningiom)
TEkurz
TElang
W.GRÜNDER
TE
TR
2500
2000
1500
1000
500
20 90
Spin-Echo-Kontraste
T2
T1
PD/Rho
50
W.GRÜNDER
Spin-Echo-Kontraste
TE
TR
2500
2000
1500
1000
500
20 90
T2
T1
PD
50
SE: 2500/20
SE: 500/20
SE: 2500/90
SE: 500/90
W.GRÜNDER
Spin-Echo-Kontraste
Meningiom
TE
TR
2500
2000
1500
1000
500
20 90
T2
T1
PD/ρ
50
SE: 500 / 20 SE: 500 / 90
SE: 2500 / 20 SE: 2500 / 90
T1
PD T2
T1/T2
W.GRÜNDER
Klinische Diagnostik: Meningiom
T1-Bild T2-Bild
Parameter-Bilder
T1 T2
W.GRÜNDER
Parameter-Bilder
W.GRÜNDER
Inversion-Recovery-Experiment
TE/2
π/2-Impulsπ-Impuls Spin-Echo
TI
x y
π-Impuls
TE/2
x y
zM0
x
ZeitTR
3 Parameter zur Beeinflussung des Kontrasts: TI, TE, TR
W.GRÜNDER
0 100 200 300 400
-1,0
-0,8
-0,6
-0,4
-0,2
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
gr. Subst. w.Subst. CSF Meningiom Ödem
Sig
na
l-In
ten
sitä
t
Zeit / 10ms
Inversion-Recovery-Experiment (IR)
mit Berücksichtigung der Phasen-Richtung
W.GRÜNDER
Inversion-Recovery-Experiment (IR)
methodenbestimmte Kontrastparameter:
Inversionszeit (TI )
Echozeit (TE)
Wiederholzeit (TR)
S = K * ρ *( 1 – 2exp{ - TI/ T1 }) ( 1 – exp{ - TR/ T1 }) * exp { -TE/T2 }
TE
TR
TI
π πππ/2 π/2
W.GRÜNDER
Inversion-Recovery-Experiment
1.5T
0.5T
W.GRÜNDER
0 50 100 150 200 250 300 350 400
-1,0
-0,8
-0,6
-0,4
-0,2
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
gr. Subst. w.Subst. CSF Meningiom Ödem
Sig
na
l-A
mp
litu
de
Zeit / 10ms
TI TE
Inversion-Recovery-Experiment
T2TI - Kontrast
W.GRÜNDER
0 100 200 300 4000,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
1,1
gr. Subst. w.Subst. CSF Meningiom Ödem
Sig
na
l-In
ten
sitä
t
Zeit / 10ms
Inversion-Recovery-Experiment (IR)ohne Berücksichtigung der Phase
1
2
3
4
5
6
W.GRÜNDER
Inversion-Recovery-Experiment (IR) : normales Hirn
1 2 3
4 5 6
W.GRÜNDER
Inversion-Recovery-Experiment : TE-EinflußMCA-Infarkt
W.GRÜNDER
Inversion-Recovery-Experimentnorm. Mamma
