Magnetresonanzbildgebung: Theorie und Praxis
Gespeichert in:
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| Format: | Buch |
| Sprache: | German English |
| Veröffentlicht: |
Berlin [u.a.]
Springer
2004
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| Online-Zugang: | Ausführliche Beschreibung Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | XIX, 534 S. zahlr. Ill., graph. Darst. |
| ISBN: | 3540200282 9783540200284 |
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|---|---|
| adam_text | Magnetresonanzbildgebung: Eine historische Einführung 1
1 Die Magnetresonanztomografie und ihre Hardware 9
1.1 Einleitung 9
1.1.1 Spin und Magnetisierung 9
1.1.2 Präzession: Rotierendes Bezugssystem 10
1.1.3 Rotation: Anregung durch RF-Pulse 11
1.1.4 Die Anregung einer selektierten Schicht:
Das Gradientenfeld 14
1.1.5 Der freie Induktionsabfall (FID) 16
1.2 Spin-Echo 17
1.2.1 Bestimmung der Position in Ausleserichtung 19
1.2.2 Lagebestimmung in Phasenkodierrichtung 20
1.2.3 Messsequenz 20
1.2.4 Objektschicht: Voxel und Bildpixel 21
1.3 Systemarchitektur 22
1.3.1 Magnete 26
1.3.1.1 Supraleitende Magnete 28
1.3.1.2 Andere Magnettypen 30
1.3.2 Abweichungen vom homogenen Magnetfeld 34
1.3.3 Die Gradientenkette 37
1.3.3.1 Gradientenenergie und Anstiegszeit 40
1.3.3.2 Wirbelströme 41
1.3.4 Die RF-Kette 43
1.3.4.1 RF-Spulen 44
1.3.4.2 Der Empfangskreis 51
1.3.5 Physiologische Signale 54
1.3.6 Das Back-End System 56
2 Konventionelle Bildgebungsmethoden 59
2.1 Einleitung 59
2.2 Die Blochsche Gleichung 59
2.2.1 Präzession 62
2.3 Anregung 63
2.3.1 Nichtselektive RF-Pulse 63
XII Inhaltsverzeichnis
2.3.2 Schichtselektive RF-Pulse 64
2.3.3 Andere RF-Pulse 67
2.3.4 Verlustleistung in einem RF-Puls 68
2.4 Die Spin-Echo-Sequenz 69
2.4.1 Die fc-Ebene 73
2.4.1.1 Diskrete Messwerterfassung 75
2.4.1.2 Die Punktbildfunktion 78
2.4.1.3 Betrachtungen in fc-Raum-Begriffen 78
2.4.1.4 Reduzierung der Messzeit 82
2.4.2 Kontrast in Spin-Echo-Sequenzen 83
2.4.3 Scanparameter und Systemgestaltung 84
2.4.3.1 Praktisches Beispiel 85
2.4.4 Mehrschicht-Datenerfassung 87
2.4.5 Bildgebung mit dreidimensionaler Dekodierung 88
2.5 Die Gradientenecho-Sequenz 89
2.6 Artefakte 91
2.6.1 Geisterbilder 95
2.7 Magnetische Präparation 96
2.7.1 T -Präparationspuls: Inversion-Recovery 97
2.7.2 Andere Arten der magnetischen Präparation 98
3 Bildgebende Methoden
mit erweiterten Jfc-Raum-Trajektorien 147
3.1 Einleitung 147
3.2 Turbo-Spin-Echo (TSE) 149
3.2.1 Profilreihenfolge 152
3.2.2 Ursachen von Artefakten in TSE-Bildern 154
3.3 Echoplanare Bildgebung (EPI) 157
3.3.1 Praktisches Beispiel 159
3.3.2 Artefakte durch T2*-Zerfall und Feldinhomogenitäten .. 161
3.3.2.1 Artefakte, die auf dem T2*-Zerfall beruhen ... 162
3.3.2.2 Artefakte durch Resonanzoffset 164
3.3.2.3 Artefakte durch Eigenheiten und Fehler
von Gradientenfeldern 165
3.4 Kombination von TSE und EPI: GRASE 168
3.5 Quadratische Spiralbildgebung 170
3.6 Beliebige fc-Raum-Wege 171
3.6.1 Spiralbildgebung 172
3.6.1.1 Ein praktisches Beispiel 175
3.6.1.2 Rekonstruktion mit Hilfe von Gridding 177
3.6.1.3 Artefakte in der Spiralbildgebung 178
3.6.2 „Rosettenfö rmiger Weg 180
3.6.3 Radialscan 181
3.6.4 Einige Anmerkungen zur Rekonstruktion
von exotischen Scans 181
3.7 Zweidimensionale Anregungspulse 183
Inhaltsverzeichnis XIII
4 Stationäre Gradientenecho-Bildgebung 209
4.1 Einleitung 209
4.2 Über FIDs und ECHOs 212
4.2.1 Das Spin-Echo 212
4.2.2 Das „Eight-Ball -Echo 215
4.2.3 Das stimulierte Echo 216
4.2.4 Die RF-Phase 217
4.2.5 Die Reaktion auf RF-Pulse mit a 90° 219
4.2.6 Echos als Resultat vieler Anregungen 220
4.2.7 ECHO-Komponenten in Gradientenecho-Sequenzen .. . 222
4.2.7.1 ECHO-Komponenten 222
4.2.7.2 Phasenvariationen der RF-Pulse 225
4.2.8 Unterdrückung von räumlichen Signalschwankungen . . 227
4.2.9 Schlussfolgerungen aus der qualitativen Beschreibung . 228
4.2.9.1 N-FFE und T2-FFE 228
4.2.9.2 Ti-FFE 228
4.2.9.3 R-FFE 229
4.3 Mathematisches Modell 229
4.3.1 Rotations- und Präzessionsmatrix 230
4.3.2 Relaxationsmatrix 231
4.4 Der Gleichgewichtszustand 232
4.5 Gradientenechoverfahren im stationären Fall (steady-state)
(FE und FFE) 239
4.5.1 Sequenzen mit sehr großer TR 239
4.5.2 Sequenzen mit 7 TR Ti 240
4.5.3 Sequenzen mit kleinem TR (TR = T2) 240
4.5.3.1 Große Nettogradientenfläche 240
4.5.3.2 Rephasierendes FFE 244
4.5.3.3 FID-Messungen
mit gespoiltem Mf : Tj-FFE (FLASH) 248
4.5.4 FFE mit kurzer TR im stationären Fall 249
4.5.4.1 N-FFE, T2-FFE und R-FFE mit TR « T2 ... 250
4.5.4.2 Ti-FFE mit TR T2 252
4.5.5 Schichtprofil 253
4.5.6 Eine Übersicht über FFE-Verfahren 254
5 Nichtstationäre Gradientenecho-Bildgebung 267
5.1 Einleitung 267
5.2 Signalpegel im Übergangsbereich 269
5.2.1 Annäherung an den Gleichgewichtszustand
im Fall von RF-Spoiling 270
5.2.2 Annäherung an den Gleichgewichtszustand
ohne RF-Spoiling 273
XIV Inhaltsverzeichnis
5.3 Magnetische Präparation 275
5.3.1 Vorpulse zur Vermeidung eines
Nichtgleichgewichtszustandes bei Ti-TFE-Sequenzen.. 276
5.3.2 Balanced (ausgeglichene) TFE-Sequenzen 277
5.4 Die Profilreihenfolge 278
5.5 Überblick über Transient-Field-Echo-Verfahren 280
6 Kontrast und Signal-zu-Rausch-Verhältnis 291
6.1 Einleitung 291
6.2 Kontrast in MR-Bildern 291
6.3 Die physikalischen Grundlagen der Relaxation in Gewebe .... 294
6.3.1 Die BPP-Theorie der Relaxation
in einer homogenen Substanz 294
6.3.2 Relaxationseffekte im Gewebe 296
6.3.2.1 Schneller Austausch 296
6.3.2.2 Kompartmente und langsamer Austausch ... 297
6.3.3 Magnetisierungsübertragung (magnetization transfer) . 298
6.3.4 Kontrastmittel 302
6.4 Signal-zu-Rausch-Verhältnis (SNR) 304
6.4.1 Fundamentale Gleichung für das SNR 305
6.4.2 Patientenlast des Empfangskreises 307
6.4.3 Niedrig- und Hochfeldsysteme 309
6.5 Ein praktischer Ausdruck für das SNR 310
6.5.1 Einführung von Scanparametern 311
6.5.2 Einfluss des Empfangskreises auf das SNR 312
6.5.3 Der Einfluss der Relaxation auf das SNR 313
6.6 Praktische Anwendungen 314
6.7 SNR bei nicht gleichförmiger Auffüllung der fc-Ebene 319
6.7.1 Einseitiger Partialscan 319
6.7.2 Ungleichförmige Datenauffüllung
mit nichtlinearen Abtastwegen 321
6.7.3 Datenerfassung bei reduzierter Matrix 322
6.7.4 Andere Teilscanverfahren 323
7 Bewegung und Fluss 343
7.1 Einleitung 343
7.2 Bewegte Strukturen, Artefakte und Bildgebungsverfahren 344
7.2.1 Herzbewegung 345
7.2.2 Atembewegung 346
7.2.2.1 Phasenkodierreihenfolge 346
7.2.2.2 Atemanhaltetechnik 347
7.2.2.3 Atemtriggerung 347
7.2.2.4 Korrektur der Atmung durch Navigatorechos . 348
7.2.3 Markierung (tagging) 349
Inhaltsverzeichnis XV
7.3 Phasenverschiebung durch Fluss in Gradientenfeldern 351
7.3.1 Die Geschwindigkeitsmessung unter Zuhilfenahme
eines bipolaren Gradienten 353
7.3.2 Geschwindigkeitsunempfindliche Gradientenformen ... 355
7.3.3 Beschleunigter Fluss 356
7.3.4 Der Einfluss von Feldinhomogenitäten
und Wirbelströmen 358
7.4 Flussartefakte 359
7.4.1 Geisterartefakte durch pulsatilen Fluss 359
7.4.2 Flussauslöschungen 359
7.4.3 Verschiebungen in Phasenkodierrichtung durch Fluss . . 360
7.4.4 Geschwindigkeitsunempfindliche Sequenzen:
Flusskompensation 360
7.4.4.1 Schichtselektionsrichtung 361
7.4.4.2 Ausleserichtung 361
7.4.4.3 Phasenkodierrichtung:
Korrektur der Fehlregistrierung 363
7.5 Flussbildgebung 364
7.5.1 Phasenkontrastverfahren 365
7.5.1.1 Phasenkontrastangiografie 365
7.5.1.2 Quantitative Flussbestimmung
mittels Phasenkontrastverfahren 367
7.5.2 Moduluskontrastverfahren 369
7.5.2.1 Infiow-Angiografie
(Angiografie von einströmendem Blut) 369
7.5.2.2 Kontrastverstärkte MR-Angiografie 372
7.5.2.3 MR-Angiografie
mittels magnetischer Präparation 374
7.5.2.4 Black-Blood-Angiografie
(Schwarzblutangiografie) 380
7.5.2.5 Artefakte beim Einsatz
der Modulus-Kontrast-Angiografie • • . 381
7.5.2.6 Quantitative Flussmessungen
mittels Moduluskontrast 383
7.6 Perfusion 384
7.6.1 MR-Perfusionsbildgebung
mittels dynamischer Bolusstudien 385
7.6.2 Arterielle Spinmarkierung 388
7.7 Diffusion • 391
7.7.1 Diffusionsempfindliche Messung in einer Richtung .... 393
7.7.2 Diffusionsbildgebung des Hirns 395
7.7.3 Q-Raum Bildgebung 398
XVI Inhaltsverzeichnis
8 Zerlegung der Magnetisierung in Konfigurationen 453
8.1 Einleitung 453
8.1.1 Spinkonfigurationen und Phasendiagramme 453
8.2 Die Konfigurationstheorie 460
8.2.1 Die Beschreibung der Magnetisierung
durch diskrete Fourierserien 461
8.2.2 Rotation 462
8.2.3 Der Einfluss der Rotation und der Präzession
auf die Konfigurationen 465
8.2.3.1 Die Präzessionsmatrix mit (freier) Diffusion .. 467
8.2.4 Die Verwendung der Konfigurationstheorie
zur Beschreibung der Beispiele aus Abschn. 8.1 469
8.2.4.1 Das Beispiel der multiplen Spin-Echo-Sequenz 470
8.2.4.2 Beispiele von Eight-Ball-Echo
und stimuliertem Echo 472
8.3 Pulssequenzen mit Vielfachanregungen 473
8.3.1 SE-BURST-Bildgebung 475
8.3.1.1 Das Anregungsprofil bei einer BURST-
Sequenz mit Einphasenanregung 479
8.3.1.2 Optimierte BURST-Anregung
mit Phasenmodulation 480
8.3.1.3 Die Kombination von BURST mit TSE 484
8.3.1.4 BURST-Sequenzen mit Gradientenecho 485
8.3.1.5 QUEST und PREVIEW 487
8.4 Die Anwendung der Konfigurationstheorie auf gut bekannte
schnelle Bildgebungssequenzen 488
8.4.1 Die Anwendung auf die TSE 488
8.4.2 Anwendung auf FFE-Sequenzen 491
8.5 Rotations- und Präzessionsmatrizen
und das Design des RF-Pulses 496
8.5.1 Shinnar-Le Roux (SLR) Transformation 497
8.5.1.1 Die inverse Shinnar-Le Roux Transformation
(ISLR Transformation) 499
Anhang 507
A.l Anschauliche Beschreibungen von MR Scanverfahren 507
A.l.l Begriffsbestimmungen 507
A.l.2 Charakteristiken 508
A.1.3 Beispiele 510
Literaturverzeichnis 511
Liste der (englischen) Abkürzungen 527
Sachverzeichnis 529
Liste der Bildserien
II. 1 Kontrast in Spin-Echo-Bildern des Hirns:
Variation der Repetitionszeit TR 104
11.2 Kontrast von Spin-Echo-Bildern des Hirns: Der Einfluss
der Echozeit TE und des Raumprofils der Refokussionspulse .. 108
11.3 Das Kontrastverhalten bei der Gradientenecho-Bildgebung
der Halswirbelsäule: Variation von TR und Flipwinkel 111
11.4 Verschiebung zwischen Wasser und Fett
in Gradientenechobildern 114
II. 5 Die Fettunterdrückung bei der Spin-Echo-
und Gradientenecho-Bildgebung 118
II.6 Verzerrungen in einem Phantom 121
II. 7 Aliasing und Interferenz bei koronaren Bildern des Abdomens:
SE und FE 124
11.8 Verzerrungen in einem Bild eines Phantoms
mit Stäben schwankender Suszeptibilität 126
11.9 Phasenverteilung in Gradientenechobildern als Zeichen
einer Hauptmagnetfeldinhomogenität 129
11.10 Der Einfluss der Suszeptibilität bei FE-Bildern des Hirns
bei drei Hauptmagnetfeldstärken 132
11.11 Übersprecherscheinung bei der Mehrschicht-Spin-Echo-
und Gradientenecho-Bildgebung 134
11.12 Übersprechen beim Mehrschicht-Inversion-Recovery-
SE-Verfahren 138
11.13 Empfindlichkeitskodierung (sensitivity encoding, SENSE)
in einem Empfangsspulenarray zur Reduktion der Anzahl
der Phasenkodierschritte 141
11.14 Scanzeitverkürzung durch nichtgleichförmiges Sampling 144
III. 1 Der Einfluss der Echozwischenräume auf den Kontrast
bei der TSE-Bildgebung 188
111.2 Unscharfe und Geisterbilder durch T2-Abfall
während eines TSE-Schusses 191
111.3 3D TSE-DRIVE, TSE mit Resetpulsen 194
111.4 Kontrast bei IR-TSE 196
XVIII Liste der Bildserien
111.5 Vergleich des Kontrastes bei FE-EPI, SE-EPI und GRASE ... 198
111.6 Spiralbildgebung 200
III. 7 Störungen in der Umgebung der Nasenhöhlen
bei drei Feldstärken 202
III.8 Praktische Aspekte von 2D selektiven Anregungspulsen 205
IV. 1 Vergleich zweier schneller Gradientenechoverfahren (FFE)
zur Bildgebung des Hirns 256
IV.2 Kontrastdifferenz bei 2D und 3D 71-verstärkter
Gradientenecho-Bildgebung des Hirns 259
IV. 3 In Phase und entgegengesetzte Phase von Wasser und Fett
bei der Gradientenecho-Bildgebung 262
IV.4 Die exakte Darstellung von Knorpel durch N-FFE
in Kombination mit selektiver Wasseranregung 264
V.l Inversionspulse bei der TFE-Bildgebung:
Differente Schusslängen 284
V.2 Inversionspulse bei der nichtstationären Gradientenecho-
Bildgebung: Unterschiedliche Verzögerungszeiten 287
V.3 Balanced-FFE und Balanced-TFE 289
VI.l Die Messung von Tl 326
VI.2 Die Kontrastverstärkung bei SE- und Liquor-unterdrückten
TSE-Bildern 329
VI.3 Das dynamische Verhalten der Kontrastmittelverteilung 331
VI.4 Die Auswirkung der Mehrschicht-Bildgebung
auf die Magnetisierungsübertragung in SE 333
VI.5 Die Abhängigkeit des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses
bei der Auswahl der Pixelgröße 335
VI.6 Signal-zu-Rausch-Abhängigkeit von der Auswahl
der Oberflächenspule 337
VI.7 Der Zusammenhang zwischen Signal-zu-Rausch-Verhältnis
und Feldstärke 339
VI.8 Der Einfluss des Magnetisierungstransfer
bei der Ti-FFE-Bildgebung im Hirn 341
VII. 1 Ein- und Ausfiussphänomene bei der getriggerten
Mehrschicht-SE-Technik in der abdominalen Aorta 404
VII.2 Signalverlust durch flussinduzierte Spindephasierung 408
VII.3 Geistartefakte durch pulsatilen Fluss
bei der nichtgetriggerten SE-Bildgebung im Abdomen 410
VII.4 Ausbildung von Ringartefakten
durch schrittweise Fußbewegung 412
VII.5 Flussverursachte Fehldarstellung von Hirngefäßen 414
VII.6 Atemartefakt bei der SE-Bildgebung 416
Liste der Bildserien XIX
VII. 7 Die Stärke des Atmungsartefaktes
bei der SE- und SE-EPI-Bildgebung der Leber 419
VII.8 Unterdrückung von Flussauslöschungen
in Turbo-Spin-Echo-Bildern der HWS 420
VII. 9 Die Verhinderung von CFS-Flussartefakten bei Flüssigkeit
unterdrückter IR-TSE 422
VII. 10 Spinmarkierung im Herzmuskel durch komplementäre
räumliche Modulation der Magnetisierung (C-SPAMM) 424
VII. 11 Phasenkontrast-MR-Angiografie:
Kontrast und Flussempfindlichkeit 427
VII. 12 Getriggerte und Gated-Inflow-MR-Angiografie 430
VII.13 Bildgebung der Koronararterien 434
VII. 14 Kontrastverstärkte MR-Angiografie der unteren Extremitäten . 437
VII. 15 Flussunabhängige Angiografie
von abdominalen Aortenaneurysmen 440
VII. 16 Parametermappen aus dynamischen Scans nach Injektion
eines Kontrastmittelbolus 443
VII. 17 Perfusionsbildgebung durch arterielle Spinmarkierung
mittels TILT (Transfer Insensitive Labelling Technique) 445
VII. 18 Diffusionsgewichtete Bildgebung im Hirn 448
VII.19 Die quantitative Diffusionsbildgebung des Hirns 450
VIII. 1 Magnetresonanz Cholangio-Pankreatografie (MRCP)
und der Einfluss des Flipwinkels auf die Refokussierungspulse . 504
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