FI83820C - Bildtagningsfoerfarande. - Google Patents

Description

1 83820

Kuvausmenetelmä - Bildtagningsförfarande

Keksinnön kohteena on ydinmagneeettiseen resonanssiin perustuva kuvausmenetelmä esim. ihmiskehon, eläinten, elintarvikkeiden tai puunrungon tutkimiseen.

Magneettikuvaus (MRI) on menetelmä, joka käyttää hyväksi ydinmagneettista resonanssi-ilmiötä (NMR) kohteen ydintiheys ja ytimeen liittyvien NMR ominaisuuksien tai niihin vaikuttavien fysikaalisten ja kemiallisten ominaisuuksien paikallisten jakautumien selvittämiseen. Mainittuja NMR ominaisuuksia ovat mm.: pitkittäinen relaksaatio (karakterisoi pitkittäinen relaksaatioaika Tl), poikittainen relaksaatio (karakterisoi poikittainen relaksaatioaika T2) , relaksaatio pyörivässä koordinaatistossa (karakterisoi relaksaatioaika Tlrho), kemiallinen siirtymä, kytkentäkertoimet ytimien välillä. NMR ominaisuuksiin vaikuttavat fysikaaliset ilmiöt mm.: virtaus, diffuusio, paramagneettiset ainekset, ferromagneettiset ainekset, viskositeetti ja lämpötila.

Magneettisen resonanssin ja magneettikuvauksen menetelmiä ja sovellutuksia on käsitelty lukuisissa viitteissä: Hehrli FW, Shaw D, Kneel and BJ: Biomedical Magnetic Resonance Imaging, VCH Publishers, Inc., New York 1988, Stark DD and Bradley WG: Magnetic resonance imaging, C. V. Mosby Comp., St. Louis 1988, Gadian DG.: Nuclear magnetic resonance and its applications to living systems, Oxford Univ. Press, London 1982, Shaw D:

Fourier transform NMR spectroscopy, Elsevier, Amsterdam, 1984, Battocletti JH: NMR proton imaging, CRC Crit. Rev. Biomed. Eng. vol. 11, pp. 313 - 356, 1984, Mansfield P and Morris PG: NMR imaging in biomedicine, Adv. in magnetic resonance, Academic Press, New York 1982, Abragam A: The principles of nuclear magnetism, Clarendon press, Oxford 1961, Farrar TC, Becker ED: Pulse and Fourier Transform NMR, Academic Press, New *ork 1971, Lasker SE and Milvy P (eds.): Electron spin resonance and 2 83820 nuclear magnetic resonance in biology and medicine and magnetic resonance in biological systems, Annals of New York Academy of Sciences vol. 222, New York Academy of Sciences, New York 1973, Sepponen RE: Discrimination and characterization of biological tissues with magnetic resonance imaging: A study on methods for Tl, T2, Tlrho and chemical shift imaging, Acta polytechnica scandinavica EL-56, Helsinki 1986, Fukushima E and Roeder SB: Experimental pulse NMR, Addison Wesley, London 1981, Thomas SR and Dixon RL (eds.) NHR in medicine: The instrumentation and clinical applications, Medical Physics Monograph No. 14, American Institute of Physics, New York 1986. Anderson WA et al: US Pat 3,475,680, Ernst RR: OS Pat 3,501,691, Tomlinson BL et al: US Pat 4,034,191, Ernst RR: US Pat 3,873,909, Ernst RR: US Pat 4,070,611, Bertrand RD et al: US Pat 4,345,207, Young IR: US Pat 4,563,647, Hofer DC et al: US Pat 4,110,681, Savelainen MK: Magnetic resonance imaging at 0.02 T: Design and evaluation of radio frequency coils with wave winding, Acta Polytechnica Scandinavica Ph 158, Helsinki 1988, Sepponen RE: US Pat 4,743,850, Sepponen RE: US Pat 4,654,595, Savelainen MK: US Pat 4,712,068, Sepponen RE: US Pat 4,587,493, Savelainen MK: 4,644,281 ja Kupiainen J: US Pat 4,668,904.

Tunnettua on kohdistaa tutkittavaan kohteeseen radiotaajuinen säteilytys ydinmagneettisen resonanssitaajuudesta poikkeavalla taajuudella ja tällä lailla saturoida sellaisten ainesosien ydinmagnetisaatiota, joiden poikittainen relaksaatioaika T2 on lyhyt. Biologisen kudoksen tapauksessa magneettikuvauksessa näkyvä signaali on lähtöisin vesi- tai rasvamolekyylien protoneista. Tyypillisesti tämän NMR-signaalin T2 on yli 30 ms. Proteiinien protonien NMR-signaalin T2 on alle 0.5 ms. Kohdistamalla kudokseen vesi- ja rasvamolekyylien resonanssitaajuudesta poikkeava säteilytys voidaan proteiinien protonien ydinmagnetisaatiota saturoida vaikuttamatta suoraan veden ja rasvan protonien ydinmagnetisaatioon. Käytännössä kudoksessa on olemassa jatkuva vaihtoprosessi näiden eri protoniryhmien kesken.

3 83820 Täten proteiinien protonien magnetisaation saturointi vaikuttaa niihin välittömässä vuorovaikutuksessa olevan veden ja rasvan protonien ydinmagnetisaatioon. Tämä nk. magnetisaation siirto-(magnetization transfer, MT) ilmiö mahdollistaa magneettikuvauksessa kudoskontrastin parantamisen ja kudosten proteiinien, veden ja rasvan vuorovaikutusten tutkimisen.

Tunnetun tekniikan haittana on, että MT:n käyttö on hankalaa nk. moniviipalemenetelmiä käytettäessä ja kuvaustoimenpide on tästä syystä hyvin tehoton.

Moniviipale (multiple slice, multislice) kuvauksen periaate on esitetty mm. viitteessä Crooks LE: Selective irradiation line scan techniques of NMR imaging, IEEE Trans. Nucl. Sci., vol.

27, pp. 1239 - 1241, 1980.

Patenttivaatimusten mukaisen keksinnön avulla vältetään tunnetun tekniikan haitat ja mahdollistetaan magnetisaation siirtomenetelmän käyttö tehokkaasti magneettikuvauksen yhteydessä.

Keksintöä on kuvattu oheisissa piirroksissa, joissa

Kuva 1 esittää erästä keksinnön mukaista kuvaussekvenssiä kohteen kolmiulotteiseen kuvaukseen, ja kuva 2 esittää magnetisaation siirron vaikutusta kudoskontras- tiin.

Kuvassa 1 on esitetty keksinnön mukaisen kuvaussekvenssin pulssikaavio. Virityspulssien, jotka on esitetty akselilla RF toistoväli on TR, virityskulma a on valittu siten, että pitkittäinen ydinmagnetisaatio pienenee vain hiukan (a < 45°, yleisesti < 90°). Virityspulssien välillä tapahtuvat magneettikuvauksen vaatimat gradienttioperaatiot, joita on havainnollistettu akseleilla Gx, Gy ja G*. Viritys- ja gradienttitoimenpi- 4 83820 teistä johtuen kohteen protonit emittoivat rekisteröitävän spinkaiun SE, joka syntyy ajan TE (kaikuviive) kuluttua viri-tyspulssista. Viritystapahtumien välillä kohteen protoneja säteilytetään resonanssitaajuudesta n. 1-10 kHz poikkeavalla taajuudella lähetettävällä sähkömagneettisella pulssilla MTRF. Tämän säteilytyksen seurauksena sellaisten kudosten, joissa proteiinien, vesi ja rasvamolekyylien vuorovaikutus on tiivistä, pitkittäinen magnetisaatio heikkenee. Näin ollen kuvan kontrasti paranee. Esimerkiksi aivonesteen (CSF) pitkittäinen magnetisaatio ei muutu kun taas aivokudoksen pitkittäinen magnetisaatio heikkenee. Näin ollen tämän kudosparin kontrasti paranee.

Kuvassa 2 on havainnollistettu kontrastin paranemista proteii-niköyhän ja proteiinipitoisen kudoksen pitkittäisten magneti-saatioiden muuttumisen seurauksena. Kuvassa M*(W) on proteii-niköyhän kudoksen (esim. CSF) pitkittäinen magnetisaatio ja M*(T) on proteiinipitoisen kudoksen pitkittäinen magnetisaatio, joka MT-ilmiön vaikutuksesta muuttuu arvoon M*(T)'.

Kuvaussekvenssejä, joissa a on pieni ja SE muodostetaan gradi-enttitoimenpiteillä on esitetty mm. viitteissä Frahm J, Haase A, Matthaei D, Haenicke W, Merboldt K-D: US 4,707,658 ja Gyngnell ML: 4,699,148, aikaisemmin viitteissä Tanttu J: Koelaitteisto NMR-kuvausta varten, Diplomityö, Helsingin Teknillinen korkeakoulu, Teknillisen fysiikan osasto, 1982 sivu 69 ja Pohjonen J: Koelaitteisto liikkuvan kohteen NMR-kuvausta varten, Lisensiaattityö, Helsingin Teknillinen korkeakoulu, Teknillisen fysiikan osasto, 1984, sivut 39 - 40.

Näiden kuvaussekvenssien muodostamien kuvien kontrastia on käsitelty mm. viitteessä Buxton RB, Fisel CR, Chien D, Brady TJ: Signal intensity in fast NMR imaging with short repetition times, J. Magn. Reson., vol. 83, pp, 576 - 585, 1989. Tämä sama käsittely pätee myös keksinnön mukaiseen kuvausmenetelmään, jos 5 83820 huomioidaan pitkittäisen magnetisaation muutos MT-ilmiön vaikutuksesta. Valitsemalla virityskulma a, TR, TE ja pulssin MTRF kesto ja amplitudi sopivasti voidaan kuvaan muodostuva kontrasti maksimoida valitulle ainesosapari11 e (esim. aivojen valkea ja harmaa aine).

Keksinnön ylläkuvatussa selostuksessa on esitetty vain jokin keksinnön mukainen suoritusmuoto.

Claims (2)

6 83820

1. Menetelmä kohteen kuten ihmiskehon, eläimen tai puunrungon tutkimiseen NMR-ilmiöön ja magneettikuvausmenetelmiin perustuen, tunnettu siitä, että NMR-signaalin aikaansaamiseksi käytettyjen virityspulssien amplitudi on valittu siten, että nk. virityskulma on pienempi kuin 90°, joka on sinänsä tunnettu, ja näiden virityspulssien välillä kohteeseen kohdistetaan sähkömagneettinen säteilytys (MTRF) taajuudella, joka poikkeaa kohteen magneettikuvaan rekisteröityvän NMR-signaalin resonanssitaajuudesta.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu virityskulma, mainitun magneettikuvaan rekisteröityvän NMR-signaalin resonanssitaajuudesta poikkeavan säteilyn amplitudi, toistoväli (TR) ja kaikuviive (TE) valitaan siten, että tutkittavan kohteen valittujen ainesosien kontrasti on maksimissaan syntyvässä magneettikuvassa. ί 83820