Ugrás a tartalomhoz

MR képalkotás

Berényi Ervin (2011)

Debreceni Egyetem

MR angiographia tár

MR angiographia tár

Áramlás és MR képalkotás

Az áramlásnak 4 alapvető típusa van:

  • Lamináris áramlás: különböző, de állandó sebességű áramlás. Az áramlás az erek közepében gyorsabb, mint az érfal közelében, ahol az ellenállás lassítja az áramlást.

  • Spirális áramlás: itt az áramlás iránya spirális.

  • Vortex áramlás: az áramlás kezdetben lamináris, aztán átfordul attól függően, hogy az érben van-e akadály, esetleg stenosis. Az ér közepén az áramlás sebessége nagyon gyors, de az érfal közelében spirális.

  • Turbulens áramlás: A különböző áramlási sebességek miatt az áramlás gyorsan változik.

Az áramló folyadékokat az áramlás sebessége, gyorsulása, lamináris vagy turbulens jellege jellemzi.

A vénákban az áramlás jellege lamináris, az artériákban átmeneti jellegű, a diastole alatt lamináris, a systole alatt pedig turbulens.

A szelet síkjára merőleges irányú áramlás

A keletkező jel erőssége attól függ, hogy a folyadékoszlop a szeleten mennyi idő alatt halad át. Jele: Tf. A 90 és 180 fokos radiofrekvenciás pulzusok szeletspecifikusak, tehát csak azok a protonok adnak jelet, amik excitált, ill. újra fázisba hozott állapotba kerültek ezen pulzusok hatására. Az így keletkező jel erőssége a lassú áramlású folyadékok esetében, az áramlás sebességétől függően növekszik (szeletbe való belépés), majd fokozatosan gyengül (szeletből való kilépés).

Szeletből való kilépés

Az erek jelmentes képletként ábrázolódnak, a véredények fala és az abban áramló vér között természetes kontraszt jön létre. Magyarázat: egy meghatározott sebességérték felett, a 90 fokos pulzus hatására excitált protonok a 180 fokos pulzus létrehozásának az időpontjában már nincsenek a szeletben. Olyan protonokat hagynak maguk mögött, amelyek nem gerjesztődtek a 90 fokos pulzus által, ezért ezekre nem hat a 180 fokos pulzus. Az erek helye sötét, jelmentes – ez a "flow void" jelenség

Szeletbe való belépés

Ez a jelenség az alacsony sebességgel áramló folyadékok esetében figyelhető meg. Lényege: ugyanabban a szeletben, két 90°-os pulzus között eltelt idő alatt olyan protonok érkeznek a szeletbe, amik még nem voltak excitált állapotban. Így rájuk nézve a 90°-os pulzus alkalmazásakor a longitudinális mágneses vektor nagysága maximális, míg a környező szövetekben akkora, amekkorára újra tudott képződni. A transzverzális síkban keletkező "diszponibilis" mágneses vektor, és az így létrejövő mágneses magrezonanciás jel is erősebb lesz, mint a mozdulatlan környezetben, tehát az áramló folyadék és környezete között kontraszt keletkezik. Ez a jelenség az MR képalkotás során rendszeresen érvényesül – az erek környezete sötétebb, sötét, telített.

A szelet síkjával párhuzamos áramlás

Egy szeleten belül áramló protonok a fázis- és a frekvenciakódoló gradiensek hatása alá kerülnek. A 90°-os pulzus után fázisvesztés történik - a mozgó spinek fázisvesztése nagyobb, mint a stacioner spineké. Majd a 180°-os pulzust követően a protonok újra fázisba rendeződnek. Azok a spinek, amik a gradiens növekedési irányába mozdulnak el nagyobb fázisvesztést szenvednek, ezért az áramló spinek az első 180°-os pulzus után kevésbé lesznek fázisban. De ha egy második 180°-os pulzust is alkalmazunk, úgy, hogy szimmetrikus echo keletkezzen, vissza lehet szerezni az "elveszettnek hitt" jelet. Tehát a spinek áramlással összefüggő fáziseltérései az első echo keletkezésekor jelszegény, a második alkalmával jelgazdag területként ábrázolódnak a felvételen.

Hagyományos vascularis MR képalkotó technikák

A leképezéshez használt MR képalkotó technikák számos spin echo és gradiens echo szekvenciát tartalmaznak. Ezek a pulzus szekvenciák kiegészíthetők például gradiens refázis momentummal és preszaturációval, azért hogy csökkentsük az áramló magokból érkező mozgási artefactokat. Az áramlás jelmentességet és jelerősödést is létrehozhat, ezzel kontrasztkülönbség alakul ki az érlumen és a környező szövetek között. A hagyományos MR technikák is nagyon hasznosak lehetnek az erek occlusiojának megjelenítésében, pl. ha MRA szekvenciák alkalmazására nincs lehetőség.

Black blood képalkotás

A spin echo szekvenciákban a gyorsan áramló vér feketének tűnik a felvételen - ezt hívjuk black blood képalkotásnak. Ez a technika tovább fejleszthető preszaturációs pulzusok alkalmazásával. A rövid TR/TE spin echo szekvenciák preszaturációs pulzusokkal láthatóvá teszik az érrendszert, úgy, hogy közben az áramló vér feketén ábrázolódik. Ahhoz, hogy még sötétebbé tegyék az áramló vért, az FSE szekvenciát inverziós pulzusokkal kell kiegészíteni.

Bright blood képalkotás

Bizonyos technikákkal fel tudjuk erősíteni az áramló vérből érkező jeleket, ilyen pl. a gradiens echo, a gradiens refázis momentum, és a kontrasztanyagos vizsgálat.

A gradiens echo képalkotásnál refókuszáljuk az áramló spineket a refázis gradienssel, ezért az erek világosnak tűnnek a felvételeken a telített környezetben. Ezt nevezzük fehér vér technikának.

A gradiens refázis momentum széles körben alkalmazott a mellkas, has, agy, végtagok vizsgálatában.

A hagyományos gradiens echo képalkotáson kívül, van egy relatíve új gradiens echo technika, ami egyensúlyi gradiens rendszert használ. A magas T1/T2 arányú szövetek világosan ábrázolódnak. Az egyensúlyi gradiens echo képalkotó szekvenciák főként a szívvizsgálatoknál, MR cholangiopancreaticographiánál, MR myelographiánál használatosak.

Áramlás kompenzáció

Az összes klasszikus és angiográfiás képalkotó szekvenciában, a phase contrast MRA-tól eltekintve, a fázis összefüggésben van a térbeli információval. Az áramlást kompenzáló gradiens egy olyan bipoláris gradiens pár, aminek a pozitív és a negatív pólusa is egyformán fontos és nincsenek hatással a stacioner spinek fázisára.

Digitális szubsztrakciós MRA

A digitális szubsztrakciós angiográfia és a digitális szubsztrakciós MRA között az a különbség, hogy az utóbbinál a kontrasztot 2 akvizíció alatti mozgó spinek adják. Majd a stacioner spineket ki kell vonni, hogy csak a mozgó spinek legyenek a képen.

Flow void

A gyors áramlás hatására a gerjesztett protonok a szeletből kikerülnek, így a refókuszáló RF pulzusnak az erek területén nincs mit refókuszálni- azok sötétek lesznek. Ez spin echo jellegű szekvenciákra jellemző.

Szekvenciák

Az áramlás, akárcsak a mozgás, a térbeli kódolás irányában zavarokat és műtermékeket hozhat létre. Az MR-nek ez az érzékenysége teszi lehetővé a vascularis képalkotást, amivel az erekben lévő áramlást jeleníthetjük meg. Erre 3 szekvenciát használunk: Time of Flight (TOF), Phase contrast (PC), és Fresh Blood képalkotást (FBI).

Time of Flight

A TOF MRA a stacioner spinek longitudinális magnetizációjára hatva készít vascularis kontrasztú képeket. Koherens gradiens echo pulzusszekvenciát használ, ami gradiens refázis momentummal van kombinálva, hogy ezzel felerősítse az áramlásból érkező jelet. A time of flight MR angiográfiában, az áramlás kompenzált gradiens echo szekvenciák a vascularis jelre optimalizáltak. A mozdulatlan szövetek jelének szaturálása nagyon rövid TR-rel: így ezeknek a szöveteknek a longitudinális magnetizációjának nem lesz ideje újra épülni, így a jelük csökken. A beáramlási hatás kihasználásával, mivel a véráramlás a vizsgált területen nem szaturált, az erekben a longitudinális magnetizációja maximális. Így a véráramlásból érkező jel erősebb, mint a szaturált szöveteké.

A vascularis jelek erőssége függ:

• Áramlás sebességétől és típusától

• A vizsgált érszakasz hosszától és helyzetétől

• A szekvencia paramétereitől: TR, kibillentési szög, szeletvastagság

A TOF nagyon érzékeny a FOV-val és a szelettel merőleges áramlásra.

A TOF MRA főbb korlátai a következők:

Abban az esetben, amikor az áramlás komplex vagy turbulens, és amikor az áramlás túl lassú, vagy parallel a szelet síkjára a spinek defázisa jelvesztést hoz létre, mely pseudoocclusio, occlusio képét keltheti. A defázist csökkenthetjük a FA optimalizálásával és vékonyabb szeletekkel.

További hátránya még, a háttér magas jelintenzitása abban az esetben, amikor rövid T1 relaxációs idejű zsírszövet található a FOV-ban (retrobulbaris zsírszövet az orbitában, subcutan zsírszövet a hajas fejbőr alatt, stb.). A háttér zsírt eltüntethetjük zsírelnyomó pulzus alkalmazásával, vagy olyan TE választással, amikor a zsír és a víz kioltják egymást. (out of phase)

Magnetizációs transzfer pulzus alkalmazásával elnyomhatjuk a makromolekulákból (mint amik az agy fehér- és szürkeállományában találhatóak) érkező jeleket – ezzel a háttér szaturáció által kialakult sötétségét fokozhatjuk.

Mindkét megoldás csökkenti a háttérből származó nem kívánt jeleket.

Az áramlási jel a TOF szekvenciáknál növelhető a térerősség növelésével is.

Előnyök

A nem kívánt, különböző irányú áramlásokat saturálhatjuk. A vénák saturálásával az artériás, az artériák saturálásával vénás áramlásokat jeleníthetjük meg. A TOF MRA 2D és 3D módban is használható.

108. ábra 3D és 2D TOF intracraniális vizsgálati térfogatok és a saturatiós szeletek megfelelő kijelölése.

2D TOF MRA

2D akvizíció során a TOF vékony szeleteket használ, melyek előnye, hogy magas kibillenési szögekkel alkalmazva a lassú áramlásra érzékenyebbé válik. A 2D akvizíció hátránya a gyenge térbeli felbontás. A 2D TOF MRA a lassú áramlású területek vizsgálatára alkalmas (pl. perifériás erek, vénás rendszer).

109. ábra 2D TOF vénás MRA. A sinus sagittalis superiort kis meningeoma szűkíti. (T1W+C, MIP)

3D TOF MRA

A 2D TOF-fal szemben, a 3D TOF térfogati képalkotás mindhárom síkban jobb térbeli felbontást ad, jobb SNR mellett. Mivel a repetíciók sorozata gerjeszti a térfogatot, az áramlás szaturációja is folytonos - ennek inkább akkor van jelentősége, ha az áramlás lassú. A leglassabb áramlások még maradéktalanul el is tűnhetnek.

110. ábra. 3D TOF MRA MIP – ruoturalt jobb oldali a. cerebri media aneurysma, melynek a környzetében a vérzés artefactot okoz. Az aneurysma a T2W szekvencián ábrázolódik jelszegényen. A diffúzió súlyozott (DW) felvételek az a. cerebri media területén kialakult spasmust jelzik – a citotoxicus oedema miatt a diffúzió lecsökkent. (MRA MIP, illetve T2W (bal) és DW (jobb) felvételek)

Az áramlás szaturációját csökkenthetjük:

ha a vizsgált 3D térfogatot szeletekre osztjuk fel (MOTSA, SHUNKS). Ezek során több kisebb 3D térfogatban történik meg a 3D TOF mintavételezés úgy, hogy különböző excitációs szögeket alkalmazunk: mikor az áramlás belép a térfogatba gyengébbet, ha kilép a térfogatból erősebbet. Ezzel a rövid szöveti T1 relaxációt kompenzáljuk. Ugyancsak lehetőség van arra, hogy az így létrejött kisebb 3D térfogatok mentén lépegető szaturációs pulzusokat alkalmazzunk a nem kívánt vénás, vagy artériás áramlások eliminálására.

Phase Contast

A phase contrast angiográfia során a sebesség különbségeknek megfelelően a mozgó spinek fázisai is változnak. Megfelelő beállítás mellett ezzel az áramló vér képkontrasztja növekszik. Bipoláris fáziskódoló gradiens hozza létre a fázis eltolódást. A mozgó spinek fázisa eltolódik a mágneses mező gradiens mentén. Ezt nevezzük PC MRA-nak. A

A PC MRA akvizíció fényességi és fázis képeket eredményez. A nem kivont áramlási kombinációk a fényességi képeket eredményezik, míg a kivont kombinációk a fázis képeket.

Áramlás kódolás (Velocity encoding – VENC)

A PC MRA érzékeny az áramlás irányára és sebességére. A VENC technika során a vizsgálni kívánt áramlási irányokat és sebességeket lehet optimalizálni, mely az áramlásra érzékenyítő bipoláris gradienspár nagyságának és erősségének változtatásával történik meg.

2D PC MRA

A szekvencia gyors, az áramlás iránya jól meghatározható. A tér mindhárom irányába be lehet állítani a sebesség érzékenységét. A mérés után az X-Y-Z tengely mentén történő áramlási képeket, valamint ezek szummációs képét kapjuk meg. A 2D technika alkalmazásával a vizsgálati idő, valamint az áramlási információk is elfogadhatók – egyik elterjedt alkalmazása a ceMRA vizsgálatokat megelőző gyors, lokalizációs felvételek készítése. Ugyancsak hasznos lehet sinus thrombosis megítélése során.

111. ábra. 2D Phase Contrast (PC) MRA. Járulékos bal a.renalis gyermekben (aquisitios idő 28 mp). Jobb-bal, fej-láb és anteroposterior irányú áramlásra érzékeny felvételek. Jobb szélen ezekből rekonstruált végső 2D PC MRA MIP.

3D PC MRA

A vizsgálati időt növeli a TR, a NEX, valamint a fáziskódoló lépések, a szeletek és a választott áramlás kódoló tengelyek száma. A vizsgálat hosszú, időigényes, előtte érdemes az adott terület áramlási viszonyait 2D PC MRA sorozatokkal feltérképezni, a különböző irányú áramlási optimális érzékenyítést megtalálni. Optimális a végtagok vizsgálata során, különösen a kézfej és a lábfej tekintetében. Esetenként alkalmazzák még az intracranium érrendszerének vizsgálata során is.

112. ábra. 3D PC MRA MIP kézfejről. 5 cm/s áramlásra érzékenyítve. (aquisitios idő 8 perc)

Contrast Enhanced – MRA

Az utóbbi években a legelterjedtebb MRA szekvenciává vált köszönhetően a hardveres és a szoftveres fejlődésnek. A rendkívül gyors 3D mintavételezés akár dinamikus angiográfiás megjelenítést is lehetővé tesz. Az anatómia ábrázolása terén is a legoptimálisabb választás. Gyorsasága mellett jobb jel-zaj arányt eredményez a kontrasztanyag nélküli technikákkal összehasonlítva. A gadolínium csökkenti az áramló vér T1 relaxációs idejét, ezáltal növeli a vascularis jelet, ami a beáramlási hatással arányos. A technikával nem csak nagyobb területeken vizsgálhatjuk az érstruktúrát (asztalléptetéssel akár total body MRA-t is készíthetünk), hanem a turbulens áramlású területeken is a lumen megfelelő képét kapjuk – szemben a TOF technikával, hol e helyeken pseudoocclusio, vagy occlusio képét okozhatja a turbulencia hatására kialakuló fázisvesztés.

113. ábra. Kontrasztanyagos MR angiographia (CeMRA) az aortaívről. MIP és SSD rekonstrukció.

Fresh Blood Imaging

A technika jellemzői:

• 3D ultragyors spin echo akvizíciók fél Fourier módon

• Prospektív EKG szinkronizáció

• Nincs szükség kontrasztanyagra

• Inverziós pulzussal magnetizációs előkészítés a zsírelnyomás céljából

Az effektív TE ezekben a szekvenciákban rövid, hogy a k-tér középpontja az előtt megteljen, mielőtt az áramlás okozta defázisok lecsökkentenék a vascularis jelet. Általában a vizsgálati sík a coronalis, ami párhuzamos az erek tengelyére.