Principles of in vivo biomedical imaging (2020FBDBMW)
Institution
Universiteit Antwerpen (UA)
Deze samenvatting bevat alle gegeven lessen, namelijk MRI, MRS, RX/CT, US (+ advanced), PET en SPECT. De informatie van de slides is inbegrepen en ook mijn genomen notities.
Principles of in vivo biomedical imaging (2020FBDBMW)
All documents for this subject (1)
1
review
By: emmamentens • 10 months ago
Seller
Follow
BMWJV
Reviews received
Content preview
Deel MRI
MRI deel 1
Research
Research wordt om verschillende redenen gedaan, zoals:
• Neurodegeneratie
• Neuro ontwikkeling en stemmingsaandoeningen
• Neurogenese
• Auditieve verwerking en geheugen in zangvogels
• Neuroplasticiteit in zangvogels
• Stamcel onderzoek
• 3D MRI hersenatlassen van kleine dieren
Diermodellen zijn heel nuttig en worden vaak gebruikt om volgende redenen:
• Een diermodel wordt aangemaakt zoals dit exact voorkomt bij de mens. Vb: dementie → de
vroege oorzaak/trigger van dementie moet op exact dezelfde manier voorkomen in het
diermodel als bij de mens.
• Via vroege bio merkers kan degeneratie bij dementie gedetecteerd worden → structurele en
functionele veranderingen zijn zichtbaar.
• Je kan herhaalde metingen uitvoeren want het is in vivo → je kan de therapie opvolgen
• Stamcellen: we voegen contrastvloeistof toe om cel verplaatsing te detecteren.
Medical imaging
Medische beeldvorming maakt gebruik van de interactie van golven met materiaal.
1. EM-golven
− X-straling: RX en CT
− Radio golven: MRI en spectroscopie
− Gamma golven: PET en SPECT
2. Geen EM-golven
• Ultrasound: via geluidsgolven
Een hoge golflengte is een lage frequentie, vb: X-stralen hebben een hoge frequentie dus een lage
golflengte.
Bij MRI kijken we naar het golfkarakter en bij de X- en gamma stralen kijken we eerder vanuit een
deeltje/foton → hoe hoger de frequentie van de golven, hoe hoger de energie inhoud van 1 foton.
,Tijdens de scans wordt er met straling gewerkt dus we willen dit zo laag mogelijk houden i.v.m. de
ontwikkeling van kanker. Een CT-scan heeft veel energie en dus veel straling. Wanneer een CT-scan
mislukt kunnen we deze niet onmiddellijk opnieuw doen (enkel bij levensbedreigende ziekten). Een
MRI heeft weinig energie en dus minder straling, waardoor deze meerdere keren op een dag
uitgevoerd kan worden moest deze mislukken.
Introduction
Een proton is de kern van een waterstofatoom (proton density)= basiselement voor proton
beeldvorming. Protonen reageren met hun biochemische omgeving en zal dus afhankelijk van de
omgeving een andere interactie aangaan → reageert anders in water dan in myeline en zal op deze
manier andere structuren wit of zwart aankleuren.
Het beeld van een MRI is een 2D beeld. Een beeld wordt als een matrix gezien die verdeeld is over
verschillende pixels. Met een MRI nemen we een virtueel coupe van een bepaalde dikte, waarbij we
het signaal van de pixels gaan opvangen. Het signaal van de pixels is afkomstig van bepaalde
eigenschappen van de protonen binnen het kleine volume element (= voxel). Een pixel is een 2D
beeld en een voxel is een 3D beeld.
Different image contrast
Er zijn 3 soorten beelden die gemaakt kunnen worden via MRI: T1-gewogen beeld, T2-gewogen beeld
en een proton density beeld. Op onderstaande foto zijn telkens maar 2 parameters gewijzigd en toch
is het beeld totaal verschillend: op T1 zijn de ventrikels donker en op T2 zijn de ventrikels lichter.
MRI wordt voornamelijk gebruikt om verschil te maken tussen zachte structuren die zich in hersenen,
nek en spinale regio van het lichaam bevinden.
Water beweegt en moleculen die daarin bevinden botsen tegen compartimenten en op deze manier
kunnen de hersenen in beeld gebracht worden, maar ook bloedvaten.
Heel korte samenvatting van MRI die deze les dieper wordt toegelicht (zie verder)
Voor MRI is er een groot magnetisch veld nodig die wordt opgewekt door een grote spoel. De
richting van dit magnetisch veld kan je nagaan met de rechterhand regel: de richting van de spoel
volg je met je vingers en je duim wijst dan de richting van het magnetisch veld aan. Voor een persoon
wordt 3T gebruikt als magnetisch veld, maar voor een proefdier vaak 11,5T. Dit is groter want een
proefdier is heel veel kleiner dan een mens en daardoor is er meer signaalintensiteit nodig om een
proefdier goed in beeld te brengen.
,De magneet die het magnetisch veld opwekt is een superconducting oftewel supergeleidende
magneet= hebben geen elektrische weerstand nodig in zijn supergeleidende toestand. De spoel is
omgeven door helium aan 4K. Dit helium zorgt ervoor dat de spoel afgekoeld wordt zodat de
elektrische weerstand daalt en de magneet hierdoor op zichzelf staat → want het is een
supergeleidende magneet. Helium gaat altijd verdampen naar heliumgas, waardoor de hoeveelheid
helium daalt, maar de spoel mag nooit vrijkomen. Vroeger moest het helium handmatig aangevuld
worden, maar tegenwoordig is er een ingebouwde pomp die het heliumgas terug naar helium
omvormt.
Vroeger werd een MRI in de ochtend opgezet en in de avond afgezet, maar dit zorgt voor fluctuaties
in het magnetisch veld waardoor een MRI tegenwoordig dag en nacht aanstaat. Opgelet want een
MRI bevat een gigantische magneet en dit trekt voorwerpen aan, dus er mag zeker niets in de
omgeving van een MRI staan dat los hangt.
De evenwichtstoestand van de protonen willen we verstoren want anders meten we niets. We
gebruiken hiervoor golven, namelijk het sturen van een RF-spoel (RF= radiofrequent). Door het
verstoren van de evenwichtstoestand zal het lichaam zelf EM-golven uitsturen en die detecteren we
met dezelfde spoel (staat dan in ontvangstmodus).
NMR of MRI
NMR staat voor nucleaire magnetische resonantie en is een ander woord voor MRI. Men gebruikt
meestal MRI want het woord ‘nucleair’ doet veel mensen denken aan ‘gevaarlijk’ terwijl MRI niet
gevaarlijk is omdat deze weinig energie gebruikt en dus weinig straling bevat.
Welke kernen worden er gebruikt bij MRI? Kernen MOETEN een spin hebben anders zijn ze nutteloos
voor MRI. Welke spin ze hebben hangt af van de neuronen en protonen die deze kern bevat. Bij MRI
wordt er gesproken van proton energie dus in de beeldvorming wordt voornamelijk gefocust op een
waterstofkern aangezien deze 1 proton heeft en het lichaam voor 63% uit waterstofatomen bestaat.
Ook C (carbon) en P (fosforus) worden vaak gebruikt.
Werking van een MRI stap voor stap
Nucleair magnetische resonantie: magnetisch moment (μ)
Een proton heeft een lading (+ geladen) en deze proton draait heel de tijd rond zijn eigen as,
waardoor er een klein magnetisch veld vrijkomt. Meestal wordt dus een waterstofproton gebruikt.
Zuurstof is zéér onnuttig want dit heeft geen netto spin en kan dus niet rechtstreeks gedetecteerd
worden.
Een proton kan in spin up of spin down positie zijn. Spin up en spin down zijn altijd onder dezelfde
vaste hoek en deze hoek kan nooit verschillen. Een proton kan dus nooit horizontaal of verticaal
staan (want staat onder die bepaalde vaste hoek).
• Spin up: parallel onder de vaste hoek evenwijdig aan het magnetisch veld.
• Spin down: parallel onder de vaste hoek tegengesteld aan het magnetisch veld.
, Beweging van magnetisch moment (μ) in magnetisch veld (B0)
Wanneer het magnetisch moment in het grote magnetisch veld geplaatst wordt, zal het een kracht
ondervinden die gaat roteren. Deze kracht is een verandering van impulsmoment.
De spin zal ronddraaien rond het magnetisch veld en de hoekfrequentie van deze snelheid van
ronddraaien wordt de Larmor frequentie genoemd. Deze Larmor frequentie is recht evenredig aan
het magnetisch veld.
Wanneer we het magnetisch moment in het magnetisch veld plaatsen van 1T dan zal de frequentie
gelijk zijn aan 42,6MHz. Voor een 7T kan je dan maal 7 doen enz.
Potentiele energie in het magnetisch veld (dus vanwaar komen de 2 soorten spins?)
Er zijn dus 2 spin toestanden (2 energie statussen): spin up en spin down en deze worden bepaald
door de potentiele energie.
• Spin up: heeft een lage potentiele energie (- energie)
• Spin down: heeft een hoge potentiele energie (+ energie)
Hoe hoger de magnetische veldsterkte, hoe verder spin up en spin down van elkaar verwijderd zijn
(zie foto).
De toestand met de lage energie komt het vaakst voor → spin up is dus voordeliger.
Spins zitten in evenwicht met elkaar (evenveel spin up als spin down),
maar we willen dit evenwicht verstoren (van spin up naar spin down
gaan). Dit doen we door spins van een lagere energie naar een hogere
energie te brengen → je levert exact de hoeveelheid energie aan dat
het verschil is tussen spin up en spin down (te weinig of te veel
energie aanleveren heeft geen nut want dan blijft het evenwicht
behouden) om de spins te exciteren.
Exciteren van spins= elektromagnetische energie insturen die dezelfde frequentie van de spins is.
Netto magnetisatie (M)
We hebben verschillende spin ups en spin downs en die gaan elkaar opheffen: 1 spin up en 1 spin
down is netto gelijk aan 0. Wanneer er geen extern magnetisch veld wordt aangelegd zullen alle spin
up en spin down gelijk zijn, maar we willen dit evenwicht verstoren. Bij het aanleggen van een extern
magnetisch veld zijn er meer spins met een lagere energie dus meer spin up is aanwezig (is eigenlijk
maar een heel klein verschil).
Netto magnetisatie= de som van de magnetische momenten van de protonen. De netto
magnetisatie staat in de richting van het aangelegde magneetveld B0, dus staat parallel.
Een hoger magnetisch veld, geeft een groter verschil tussen energiestatus (zie de foto hierboven) +
hoe groter het verschil in aantal tussen spin up en spin down is, hoe groter de magnetisatie vector →
dit genereert de signaalintensiteit.
Beweging van M in magnetisch veld
Je hebt een x, y en z vlak → alles wat zich in het x,y vlak bevindt is meetbaar. Op deze moment is er
nog niets aanwezig in het x,y vlak en is er dus ook niets meetbaar wanneer de patiënt in de scanner
ligt: er is verstoring nodig om component in x,y vlak te krijgen en een groot magnetisatieveld te
meten.
The benefits of buying summaries with Stuvia:
Guaranteed quality through customer reviews
Stuvia customers have reviewed more than 700,000 summaries. This how you know that you are buying the best documents.
Quick and easy check-out
You can quickly pay through credit card or Stuvia-credit for the summaries. There is no membership needed.
Focus on what matters
Your fellow students write the study notes themselves, which is why the documents are always reliable and up-to-date. This ensures you quickly get to the core!
Frequently asked questions
What do I get when I buy this document?
You get a PDF, available immediately after your purchase. The purchased document is accessible anytime, anywhere and indefinitely through your profile.
Satisfaction guarantee: how does it work?
Our satisfaction guarantee ensures that you always find a study document that suits you well. You fill out a form, and our customer service team takes care of the rest.
Who am I buying these notes from?
Stuvia is a marketplace, so you are not buying this document from us, but from seller BMWJV. Stuvia facilitates payment to the seller.
Will I be stuck with a subscription?
No, you only buy these notes for $8.61. You're not tied to anything after your purchase.
