Basis-Impulsprogramme NMR-Grundlagen Teil 3 NMR-Grundlagen Teil 3 Relaxation Basis-Impulsprogramme

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, gruwi@medizin.uni-leipzig.de Stand: Januar 2005

NMR - Relaxation T1/T2 T1 T2 1/T  c kalt   warm „freies“ Wasser kleine Moleküle, hohe Beweglichkeit „gebundenes“ Wasser große Moleküle, langsame Bewegung T1 weiches Gewebe T2 1/T1 = C [τc/1+ω0τc) +2 τc/(1+4 ω02τc2)] τc= 4πηa³/3kT (Wasser bei 200C: τc=3.10-12s)

Relaxationszeiten von Hirn-Gewebe T1 [ms] graue Substanz . weiße CSF Ödem Meningiom Gliom Astrozytom versch. Tumoren Gewebe T2 [ms] PD = ρ [rel] 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 0.69 0.61 1.00 0.86 0.64? -

Das Spin-Echo π/2-Impuls π-Impuls Spin-Echo x y x y x y TE/2 TE/2

Lage des Bo- / B1-Felds im SL-Magnet HF-Spule HF-(B1)Spule B1 B0

S = K * ρ * ( 1 – exp{ - TR/ T1 }) * exp { -TE/T2 } Spin-Echo-Experiment (SE) TE TR Über die experimentellen Parameter Echozeit (TE) und Wiederholzeit (TR) ist der Gewebekontrast variierbar S = K * ρ * ( 1 – exp{ - TR/ T1 }) * exp { -TE/T2 }

S = K * ρ * ( 1 – exp{ - TR/ T1 }) * exp { -TE/T2 } Multi-Echo-Experiment (MSE) exp (-t/T2* ) exp (-t/T2 ) TE TE TE TE TR Abfall der Echo-Einhüllenden mit T2 Abfall der Freien Induktion mit T2* S = K * ρ * ( 1 – exp{ - TR/ T1 }) * exp { -TE/T2 }

mit Berücksichtigung der Protonendichte T1-Relaxation von Hirn-Gewebe mit Berücksichtigung der Protonendichte 1 2 3 4 S = ρ [1 – exp(- TR/ T1 )]

Spin-Echo-Kontraste: die Wiederholzeit TR 1 2 3 4

mit Berücksichtigung der Protonendichte PD T1-Relaxation von Hirn-Gewebe mit Berücksichtigung der Protonendichte PD T1 bestimmt Kontrast: T1-Wichtung kaum Einfluß von T1 nur Einfluß von PD und T2 : PD- oder T2-Wichtung

T2-Relaxation von Hirn-Gewebe ohne Berücksichtigung der PD S = exp (- TE / T2)

mit Berücksichtigung der PD T2-Relaxation von Hirn-Gewebe 1 2 3 4 S = ρ * exp (- TE / T2)

Spin-Echo-Kontraste: die Echozeit TE 1 2 3 4

Kontrast durch gewebespezifische Relaxation M z TR TE S Gewebe 1 Gewebe 1 Gewebe 2 Gewebe 2 kurze mittlere lange TR TE Longitudinale Relaxation T1 transversale Relaxation T2

Spin-Echo-Kontraste: Einfluß von TR und TE mit Berücksichtigung der PD TR T1-Relaxation T2-Relax, TE Signal

Spin-Echo-Kontrast von Hirn-Gewebe TE / ms TR / 10 ms

Anteil der T2-Relaxation bei TR=1s (Meningiom) kurz TE lang

Spin-Echo-Kontraste TR PD/Rho T2 T1 TE 2500 2000 1500 1000 500 20 50 90

Spin-Echo-Kontraste TE TR T2 T1 PD 2500 2000 1500 1000 500 20 50 90 SE: 2500/20 SE: 2500/90 SE: 500/20 SE: 500/90

Spin-Echo-Kontraste TR Meningiom PD/ρ T2 PD T1 TE T1/T2 2500 2000 1500 1000 500 20 90 T2 T1 PD/ρ 50 SE: 500 / 20 SE: 500 / 90 SE: 2500 / 20 SE: 2500 / 90 PD T1/T2

Klinische Diagnostik: Meningiom T1-Bild T2-Bild Parameter-Bilder T1 T2

Parameter-Bilder

Inversion-Recovery-Experiment π-Impuls π/2-Impuls π-Impuls Spin-Echo Zeit x y z M0 TI TE/2 TE/2 TR x y x 3 Parameter zur Beeinflussung des Kontrasts: TI, TE, TR

Inversion-Recovery-Experiment (IR) mit Berücksichtigung der Phasen-Richtung

Inversion-Recovery-Experiment (IR) π π/2 π π π/2 TI TE TR methodenbestimmte Kontrastparameter: Inversionszeit (TI ) Echozeit (TE) Wiederholzeit (TR) S = K * ρ *( 1 – 2exp{ - TI/ T1 }) ( 1 – exp{ - TR/ T1 }) * exp { -TE/T2 }

Inversion-Recovery-Experiment

Inversion-Recovery-Experiment TI TE TI - Kontrast T2

Inversion-Recovery-Experiment (IR) ohne Berücksichtigung der Phase 1 2 3 4 5 6

Inversion-Recovery-Experiment (IR) : normales Hirn 1 2 3 4 5 6

Inversion-Recovery-Experiment : TE-Einfluß MCA-Infarkt

Inversion-Recovery-Experiment norm. Mamma