How does MRI work?
An Introduction to the Physics and Function of Magnetic Resonance Imaging
2nd Edition
Published on 18. May 2006
XII, 170 pages
978-3-540-27948-8 (ISBN)
Description
This thoroughly revised second edition succinctly introduces the physics and function of magnetic resonance imaging. All important and clinically relevant aspects are presented in a clearly structured manner. The emphasis is on practical information including the latest trends and developments that are relevant for MRI in the clinical setting. The opening chapters describe the underlying physical principles of the MR experiment and the basic pulse sequences commonly used in clinical MRI. Other chapters are dedicated to more advanced techniques such as parallel imaging and cardiovascular MR imaging. The book is rounded out by chapters on MR contrast media, artifacts, high-field imaging, and safety concerns. An extensive glossary offers rapid access to the most important MRI terminology. The book is intended for readers looking for an easy to understand and concise introduction to this fascinating yet somewhat complex imaging modality at the beginning of their MRI training.
More details
Edition
2., nd ed. 2006. Corr. 2nd printing
Language
English
Target group
Medical doctors, medical-laboratory assistants and
students interested in MR imaging
Illustrations
57 schw.-w. Abb., 58 schw.-w. Zeichn., 9 schw.-w. Tab., PDF-Format
File size
1,94 MB
ISBN-13
978-3-540-27948-8 (9783540279488)
Schweitzer Classification
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Dominik Weishaupt | Victor D. Koechli | Borut Marincek
How does MRI work?
An Introduction to the Physics and Function of Magnetic Resonance Imaging
Book
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2nd Edition
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Wie funktioniert MRI?
Eine Einführung in Physik und Funktionsweise der Magnetresonanzbildgebung
Book
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Content
1 - Vorwort zur 5. Auflage [Seite 6]
2 - Vorwort zur 1. Auflage [Seite 7]
3 - Inhaltsverzeichnis [Seite 8]
4 - Vorbemerkung [Seite 11]
5 - Abkürzungen [Seite 12]
6 - 1 Spins und das MR-Phänomen [Seite 13]
7 - 2 Relaxation [Seite 17]
7.1 - 2.1 T1: Longitudinale Relaxation [Seite 17]
7.2 - 2.2 T2/T2*: Transversale Relaxation [Seite 18]
7.3 - Literatur [Seite 20]
8 - 3 Bildkontrast [Seite 21]
8.1 - 3.1 Repetitionszeit TR und T1-Gewichtung [Seite 21]
8.2 - 3.2 Echozeit TE und T2-Gewichtung [Seite 23]
8.3 - 3.3 Sättigung bei kurzer Repetitionszeit [Seite 26]
8.4 - 3.4 Pulswinkel (»Flip Angle«) [Seite 27]
8.5 - 3.5 Vorsättigung (»Presaturation«) [Seite 27]
8.6 - 3.6 Magnetisierungstransfer [Seite 27]
8.7 - Literatur [Seite 28]
9 - 4 Schichtwahl und Ortskodierung [Seite 29]
9.1 - 4.1 Dreidimensionale Ortskodierung [Seite 33]
9.2 - 4.2 K-Raum [Seite 34]
9.3 - Literatur [Seite 35]
10 - 5 Determinanten des Signal-zu-Rausch- Verhältnisses [Seite 37]
10.1 - 5.1 Pixel, Voxel, Matrix [Seite 38]
10.2 - 5.2 Schichtdicke und Bandbreite [Seite 38]
10.3 - 5.3 Field-of-View und Matrix [Seite 40]
10.4 - 5.4 Anzahl der Messungen [Seite 44]
10.5 - 5.5 Bildparameter [Seite 44]
10.6 - 5.6 Magnetfeldstärke [Seite 44]
10.7 - 5.7 Spulen [Seite 44]
11 - 6 Aufbau eines MR-Tomographen [Seite 47]
11.1 - 6.1 Magnet [Seite 47]
11.2 - 6.2 Gradientensystem [Seite 49]
11.3 - 6.3 Hochfrequenzsystem [Seite 50]
11.4 - 6.4 Computer [Seite 50]
11.5 - Literatur [Seite 50]
12 - 7 Basis-Puls-Sequenzen [Seite 51]
12.1 - 7.1 Spinecho (SE)-Sequenz [Seite 52]
12.2 - 7.2 Outflow-Effekt [Seite 53]
12.3 - 7.3 Mehrschichtaufnahme (»Multislice Imaging«) [Seite 53]
12.4 - 7.4 Inversion-Recovery (IR)-Sequenz [Seite 54]
12.5 - 7.5 STIR-Sequenz (»Short TI Inversion Recovery«) [Seite 55]
12.6 - 7.6 FLAIR-Sequenz (»Fluid Attenuated Inversion Recovery«) [Seite 55]
12.7 - 7.7 Gradientenecho (GRE)-Sequenz [Seite 56]
12.8 - 7.8 Mehrfache Echos (Multi-Echo-Sequenzen) [Seite 58]
13 - 8 Schnelle Pulssequenzen [Seite 59]
13.1 - 8.1 Schnelle (Fast, FSE)- oder Turbo-Spinecho (TSE)-Sequenzen [Seite 59]
13.2 - 8.2 Single-Shot-Fast-Spin-Echo (SSFSE)-Sequenz [Seite 60]
13.3 - 8.3 Schnelle (Fast) oder Turbo-Inversion-Recovery (Fast STIR)-Sequenzen [Seite 61]
13.4 - 8.4 Schnelle Gradientenecho (GRE)-Sequenzen [Seite 61]
13.5 - 8.5 Echoplanare (EPI-) Sequenz [Seite 61]
13.6 - 8.6 Hybridsequenz [Seite 62]
13.7 - 8.7 Gradient and Spin Echo (GRASE)-Sequenz [Seite 63]
13.8 - 8.8 Spiralsequenz [Seite 63]
13.9 - 8.9 Echozeit und T2-Kontrast in schnellen Sequenzen [Seite 63]
13.10 - Literatur [Seite 63]
14 - 9 Techniken zur Fettsuppression [Seite 65]
14.1 - 9.1 Fettsuppression durch Nutzen der chemischen Verschiebung zwischen Wasser und Fett [Seite 65]
14.2 - 9.2 Frequenz-selektive Fettsuppression [Seite 67]
14.3 - 9.3 Short-TI Inversion Recovery (STIR) [Seite 68]
14.4 - 9.4 Spectral Presaturation with Inversion Recovery (SPIR) [Seite 68]
15 - 10 Parallele Bildgebung [Seite 69]
15.1 - 10.1 Hintergrund [Seite 69]
15.2 - 10.2 Prinzip der parallelen Bildgebung [Seite 69]
15.3 - 10.3 Besondere Anforderungen [Seite 70]
15.4 - 10.4 Anwendungsbereich [Seite 71]
15.5 - Literatur [Seite 72]
16 - 11 Kardiovaskuläre Bildgebung [Seite 73]
16.1 - 11.1 Angiographie [Seite 73]
16.2 - 11.2 Perfusionsbildgebung [Seite 87]
16.3 - 11.3 Diffusions-Bildgebung [Seite 88]
16.4 - 11.4 Der BOLD-Effekt in der funktionellen Hirnbildgebung [Seite 91]
16.5 - 11.5 Bildgebung am Herzen [Seite 93]
16.6 - 11.6 Herzbildgebung mit SSFP-Sequenzen [Seite 94]
16.7 - 11.7 Myokardperfusionsbildgebung [Seite 95]
16.8 - 11.8 Späte Signalverstärkung: »Late-Enhancement« [Seite 96]
16.9 - 11.9 Nachweis pathologisch hoher Eisenkonzentrationen im Herzmuskel [Seite 97]
17 - 12 MR-Kontrastmittel [Seite 99]
17.1 - 12.1 Chemische Struktur [Seite 102]
17.2 - 12.2 Relaxivität [Seite 104]
17.3 - 12.3 Pharmakologische Eigenschaften [Seite 106]
17.4 - 12.4 Ausblick [Seite 114]
17.5 - Literatur [Seite 118]
18 - 13 Artefakte im MR-Bild [Seite 119]
18.1 - 13.1 Bewegungs- und Flussartefakte (»Ghosting«) [Seite 119]
18.2 - 13.2 Phase Wrapping [Seite 121]
18.3 - 13.3 Chemische Verschiebung (»Chemical Shift«) [Seite 122]
18.4 - 13.4 Suszeptibilität [Seite 124]
18.5 - 13.5 Trunkationsartefakt [Seite 124]
18.6 - 13.6 Magic Angle [Seite 125]
18.7 - 13.7 »Eddy Currents« [Seite 125]
18.8 - 13.8 Partialvolumenartefakte [Seite 125]
18.9 - 13.9 Inhomogene Fettsuppression [Seite 125]
18.10 - 13.10 Linienartefakte (»Zipper-Like Artifacts«), Radiofrequenzstörung [Seite 126]
18.11 - 13.11 »Criss-Cross«- oder »Herring-Bone«-Artefakte, Datenfehler [Seite 126]
19 - 14 Hochfeld-MRI [Seite 127]
19.1 - 14.1 Gewebekontrast [Seite 128]
19.2 - 14.2 Suszeptibilität [Seite 128]
19.3 - 14.3 Chemische Verschiebung [Seite 128]
19.4 - 14.4 Hochfrequenz (HF)-Absorption [Seite 128]
20 - 15 Sicherheit und Risiken [Seite 131]
20.1 - Literatur [Seite 133]
21 - Glossar [Seite 135]
22 - Stichwortverzeichnis [Seite 153]
2 - Vorwort zur 1. Auflage [Seite 7]
3 - Inhaltsverzeichnis [Seite 8]
4 - Vorbemerkung [Seite 11]
5 - Abkürzungen [Seite 12]
6 - 1 Spins und das MR-Phänomen [Seite 13]
7 - 2 Relaxation [Seite 17]
7.1 - 2.1 T1: Longitudinale Relaxation [Seite 17]
7.2 - 2.2 T2/T2*: Transversale Relaxation [Seite 18]
7.3 - Literatur [Seite 20]
8 - 3 Bildkontrast [Seite 21]
8.1 - 3.1 Repetitionszeit TR und T1-Gewichtung [Seite 21]
8.2 - 3.2 Echozeit TE und T2-Gewichtung [Seite 23]
8.3 - 3.3 Sättigung bei kurzer Repetitionszeit [Seite 26]
8.4 - 3.4 Pulswinkel (»Flip Angle«) [Seite 27]
8.5 - 3.5 Vorsättigung (»Presaturation«) [Seite 27]
8.6 - 3.6 Magnetisierungstransfer [Seite 27]
8.7 - Literatur [Seite 28]
9 - 4 Schichtwahl und Ortskodierung [Seite 29]
9.1 - 4.1 Dreidimensionale Ortskodierung [Seite 33]
9.2 - 4.2 K-Raum [Seite 34]
9.3 - Literatur [Seite 35]
10 - 5 Determinanten des Signal-zu-Rausch- Verhältnisses [Seite 37]
10.1 - 5.1 Pixel, Voxel, Matrix [Seite 38]
10.2 - 5.2 Schichtdicke und Bandbreite [Seite 38]
10.3 - 5.3 Field-of-View und Matrix [Seite 40]
10.4 - 5.4 Anzahl der Messungen [Seite 44]
10.5 - 5.5 Bildparameter [Seite 44]
10.6 - 5.6 Magnetfeldstärke [Seite 44]
10.7 - 5.7 Spulen [Seite 44]
11 - 6 Aufbau eines MR-Tomographen [Seite 47]
11.1 - 6.1 Magnet [Seite 47]
11.2 - 6.2 Gradientensystem [Seite 49]
11.3 - 6.3 Hochfrequenzsystem [Seite 50]
11.4 - 6.4 Computer [Seite 50]
11.5 - Literatur [Seite 50]
12 - 7 Basis-Puls-Sequenzen [Seite 51]
12.1 - 7.1 Spinecho (SE)-Sequenz [Seite 52]
12.2 - 7.2 Outflow-Effekt [Seite 53]
12.3 - 7.3 Mehrschichtaufnahme (»Multislice Imaging«) [Seite 53]
12.4 - 7.4 Inversion-Recovery (IR)-Sequenz [Seite 54]
12.5 - 7.5 STIR-Sequenz (»Short TI Inversion Recovery«) [Seite 55]
12.6 - 7.6 FLAIR-Sequenz (»Fluid Attenuated Inversion Recovery«) [Seite 55]
12.7 - 7.7 Gradientenecho (GRE)-Sequenz [Seite 56]
12.8 - 7.8 Mehrfache Echos (Multi-Echo-Sequenzen) [Seite 58]
13 - 8 Schnelle Pulssequenzen [Seite 59]
13.1 - 8.1 Schnelle (Fast, FSE)- oder Turbo-Spinecho (TSE)-Sequenzen [Seite 59]
13.2 - 8.2 Single-Shot-Fast-Spin-Echo (SSFSE)-Sequenz [Seite 60]
13.3 - 8.3 Schnelle (Fast) oder Turbo-Inversion-Recovery (Fast STIR)-Sequenzen [Seite 61]
13.4 - 8.4 Schnelle Gradientenecho (GRE)-Sequenzen [Seite 61]
13.5 - 8.5 Echoplanare (EPI-) Sequenz [Seite 61]
13.6 - 8.6 Hybridsequenz [Seite 62]
13.7 - 8.7 Gradient and Spin Echo (GRASE)-Sequenz [Seite 63]
13.8 - 8.8 Spiralsequenz [Seite 63]
13.9 - 8.9 Echozeit und T2-Kontrast in schnellen Sequenzen [Seite 63]
13.10 - Literatur [Seite 63]
14 - 9 Techniken zur Fettsuppression [Seite 65]
14.1 - 9.1 Fettsuppression durch Nutzen der chemischen Verschiebung zwischen Wasser und Fett [Seite 65]
14.2 - 9.2 Frequenz-selektive Fettsuppression [Seite 67]
14.3 - 9.3 Short-TI Inversion Recovery (STIR) [Seite 68]
14.4 - 9.4 Spectral Presaturation with Inversion Recovery (SPIR) [Seite 68]
15 - 10 Parallele Bildgebung [Seite 69]
15.1 - 10.1 Hintergrund [Seite 69]
15.2 - 10.2 Prinzip der parallelen Bildgebung [Seite 69]
15.3 - 10.3 Besondere Anforderungen [Seite 70]
15.4 - 10.4 Anwendungsbereich [Seite 71]
15.5 - Literatur [Seite 72]
16 - 11 Kardiovaskuläre Bildgebung [Seite 73]
16.1 - 11.1 Angiographie [Seite 73]
16.2 - 11.2 Perfusionsbildgebung [Seite 87]
16.3 - 11.3 Diffusions-Bildgebung [Seite 88]
16.4 - 11.4 Der BOLD-Effekt in der funktionellen Hirnbildgebung [Seite 91]
16.5 - 11.5 Bildgebung am Herzen [Seite 93]
16.6 - 11.6 Herzbildgebung mit SSFP-Sequenzen [Seite 94]
16.7 - 11.7 Myokardperfusionsbildgebung [Seite 95]
16.8 - 11.8 Späte Signalverstärkung: »Late-Enhancement« [Seite 96]
16.9 - 11.9 Nachweis pathologisch hoher Eisenkonzentrationen im Herzmuskel [Seite 97]
17 - 12 MR-Kontrastmittel [Seite 99]
17.1 - 12.1 Chemische Struktur [Seite 102]
17.2 - 12.2 Relaxivität [Seite 104]
17.3 - 12.3 Pharmakologische Eigenschaften [Seite 106]
17.4 - 12.4 Ausblick [Seite 114]
17.5 - Literatur [Seite 118]
18 - 13 Artefakte im MR-Bild [Seite 119]
18.1 - 13.1 Bewegungs- und Flussartefakte (»Ghosting«) [Seite 119]
18.2 - 13.2 Phase Wrapping [Seite 121]
18.3 - 13.3 Chemische Verschiebung (»Chemical Shift«) [Seite 122]
18.4 - 13.4 Suszeptibilität [Seite 124]
18.5 - 13.5 Trunkationsartefakt [Seite 124]
18.6 - 13.6 Magic Angle [Seite 125]
18.7 - 13.7 »Eddy Currents« [Seite 125]
18.8 - 13.8 Partialvolumenartefakte [Seite 125]
18.9 - 13.9 Inhomogene Fettsuppression [Seite 125]
18.10 - 13.10 Linienartefakte (»Zipper-Like Artifacts«), Radiofrequenzstörung [Seite 126]
18.11 - 13.11 »Criss-Cross«- oder »Herring-Bone«-Artefakte, Datenfehler [Seite 126]
19 - 14 Hochfeld-MRI [Seite 127]
19.1 - 14.1 Gewebekontrast [Seite 128]
19.2 - 14.2 Suszeptibilität [Seite 128]
19.3 - 14.3 Chemische Verschiebung [Seite 128]
19.4 - 14.4 Hochfrequenz (HF)-Absorption [Seite 128]
20 - 15 Sicherheit und Risiken [Seite 131]
20.1 - Literatur [Seite 133]
21 - Glossar [Seite 135]
22 - Stichwortverzeichnis [Seite 153]
8.6 Hybridsequenz (S. 50-51)
Mehrere Puls-Sequenz-Techniken bestehen aus einer Kombination, oder einem »Hybrid«, von SE- und GRE-Methoden. Dazu gehören Bildgebung mit Gradienten-und-Spinecho (GRASE)-Sequenzen sowie die Bildgebung mit Spiralsequenzen.
8.7 Gradient and Spin Echo (GRASE)-Sequenz
Die GRASE-Sequenz besteht aus einer Kombination von FSE- und einer EPI-Sequenz. Mit einer Serie von 180°-Impulsen werden mehrere Spin Echos erzeugt (wie bei FSE), aber pro Echo erfolgen durch Hin- und Herschalten des Frequenzgradienten mehrere Messungen (wie bei EPI). Durch die bessere Ausnutzung der zeitraubenden 180°-Impulse ist diese Sequenz noch schneller als eine FSE Sequenz. Trotzdem verschlechtert sich die Bildqualität nicht, denn der Signalabfall erfolgt mit T2 und nicht mit T2*, und auch das Kontrastverhalten bleibt erhalten, wie wir dies von den konventionellen SE-Sequenzen her kennen.
8.8 Spiralsequenz
Bei Spiralsequenzen wird der K-Raum spiralförmig gefüllt. Grundlage der Spiralsequenzen sind GRE-Sequenzen, welche mit zwei oszillierenden Gradienten kombiniert werden. Spiralsequenzen scheinen ihr Potenzial vor allem in der Echtzeitbildgebung des Herzens zu haben.
8.9 Echozeit und T2-Kontrast in schnellen Sequenzen
Bei den konventionellen SE- und GRE-Sequenzen wird nur ein Echo pro Anregung erzeugt. Schlussendlich haben alle Echos, die zum Aufbau eines Bildes gemessen wurden, die gleiche Echozeit und somit die gleich starke T2-Gewichtung. So ein Bild hat deshalb eine genau definierte T2-Gewichtung.
Bei den schnellen Techniken FSE und EPI ist das anders. Mit jeder Anregung werden ja mehrere Echos erzeugt, die unterschiedliche Echozeiten und deshalb verschieden starke T2-Gewichtungen haben. In einem solchen Bild kommen also mehrere T2-Gewichtungen vor. Darum bestimmen wir eines dieser Echos als dasjenige, das hauptsächlich den T2- Kontrast beeinflussen soll (in . Abb. 34 ist es das dritte von vier Echos). Seine Echozeit nennen wir effektive Echozeit (effektives TE), müssen uns aber immer bewusst sein, dass der T2-Kontrast nicht ausschließlich von dieser, sondern auch noch von anderen Parametern bestimmt wird.
Technisch erreichen wir das, indem wir die Messung so planen, dass das gewünschte Echo in die Mitte des K-Raumes ( Kap. 4) zu liegen kommt. Die dort gespeicherten Daten beeinflussen nämlich den Bildkontrast am stärksten.
Mehrere Puls-Sequenz-Techniken bestehen aus einer Kombination, oder einem »Hybrid«, von SE- und GRE-Methoden. Dazu gehören Bildgebung mit Gradienten-und-Spinecho (GRASE)-Sequenzen sowie die Bildgebung mit Spiralsequenzen.
8.7 Gradient and Spin Echo (GRASE)-Sequenz
Die GRASE-Sequenz besteht aus einer Kombination von FSE- und einer EPI-Sequenz. Mit einer Serie von 180°-Impulsen werden mehrere Spin Echos erzeugt (wie bei FSE), aber pro Echo erfolgen durch Hin- und Herschalten des Frequenzgradienten mehrere Messungen (wie bei EPI). Durch die bessere Ausnutzung der zeitraubenden 180°-Impulse ist diese Sequenz noch schneller als eine FSE Sequenz. Trotzdem verschlechtert sich die Bildqualität nicht, denn der Signalabfall erfolgt mit T2 und nicht mit T2*, und auch das Kontrastverhalten bleibt erhalten, wie wir dies von den konventionellen SE-Sequenzen her kennen.
8.8 Spiralsequenz
Bei Spiralsequenzen wird der K-Raum spiralförmig gefüllt. Grundlage der Spiralsequenzen sind GRE-Sequenzen, welche mit zwei oszillierenden Gradienten kombiniert werden. Spiralsequenzen scheinen ihr Potenzial vor allem in der Echtzeitbildgebung des Herzens zu haben.
8.9 Echozeit und T2-Kontrast in schnellen Sequenzen
Bei den konventionellen SE- und GRE-Sequenzen wird nur ein Echo pro Anregung erzeugt. Schlussendlich haben alle Echos, die zum Aufbau eines Bildes gemessen wurden, die gleiche Echozeit und somit die gleich starke T2-Gewichtung. So ein Bild hat deshalb eine genau definierte T2-Gewichtung.
Bei den schnellen Techniken FSE und EPI ist das anders. Mit jeder Anregung werden ja mehrere Echos erzeugt, die unterschiedliche Echozeiten und deshalb verschieden starke T2-Gewichtungen haben. In einem solchen Bild kommen also mehrere T2-Gewichtungen vor. Darum bestimmen wir eines dieser Echos als dasjenige, das hauptsächlich den T2- Kontrast beeinflussen soll (in . Abb. 34 ist es das dritte von vier Echos). Seine Echozeit nennen wir effektive Echozeit (effektives TE), müssen uns aber immer bewusst sein, dass der T2-Kontrast nicht ausschließlich von dieser, sondern auch noch von anderen Parametern bestimmt wird.
Technisch erreichen wir das, indem wir die Messung so planen, dass das gewünschte Echo in die Mitte des K-Raumes ( Kap. 4) zu liegen kommt. Die dort gespeicherten Daten beeinflussen nämlich den Bildkontrast am stärksten.
