julio 22, 2005 alejandro jaramillo robles soluciones globales en imagenología mri-dt “magnetic...

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Julio 22, Julio 22, 2005 2005 Alejandro Jaramillo Alejandro Jaramillo Robles Robles Soluciones Globales en Soluciones Globales en MAGNETIC RESONANCE IMAGING MAGNETIC RESONANCE IMAGING PRINCIPLES” PRINCIPLES”

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Page 1: Julio 22, 2005 Alejandro Jaramillo Robles Soluciones Globales en Imagenología MRI-DT “MAGNETIC RESONANCE IMAGING PRINCIPLES”

Julio 22, 2005Julio 22, 2005

Alejandro Jaramillo RoblesAlejandro Jaramillo RoblesSoluciones Globales en Soluciones Globales en

ImagenologíaImagenologíaMRI-DTMRI-DT

““MAGNETIC RESONANCE IMAGING MAGNETIC RESONANCE IMAGING PRINCIPLES”PRINCIPLES”

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Julio 22, 2005Julio 22, 2005 Imagenología por Resonancia MagnéticaImagenología por Resonancia Magnética

AntecedentesAntecedentes

MRI is based on the principles of nuclear magnetic resonance (NMR), a

spectroscopic technique used to obtain microscopic chemical and physical

information about molecules

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Julio 22, 2005Julio 22, 2005 Imagenología por Resonancia MagnéticaImagenología por Resonancia Magnética

Phisics … SpinPhisics … Spin

……is a fundamental is a fundamental property of nature. property of nature. Spin comes in Spin comes in multiples of 1/2 and multiples of 1/2 and can be + or -.can be + or -.

… two or more particles wo or more particles with spins having with spins having opposite signs can opposite signs can pair up to eliminate pair up to eliminate the observable the observable manifestations of spinmanifestations of spin

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Phisics… Max PlankPhisics… Max Plank

a particle can undergo a transition between the two energy states by the absorption of a photon

The energy E of a photon is related to its frequency υ called resoanance frequency, by Plank´s constant hh.

E= E= υ h h

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Julio 22, 2005Julio 22, 2005 Imagenología por Resonancia MagnéticaImagenología por Resonancia Magnética

Properties of SpinA particle with a net spin A particle with a net spin in a magnetic field in a magnetic field BB, , can absorb a photon of can absorb a photon of

a frequency a frequency υ. .

The frequency The frequency υ depends on the depends on the

gyromagnetic ratio gyromagnetic ratio γγ of of the particlethe particle

υ = = γγBB

γγHH= 42.58 MHz/T= 42.58 MHz/T

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Nuclei of interest inMRINuclei of interest inMRI

Nuclei Nuclei Unpaired Unpaired Protons Protons 

Unpaired Unpaired Neutrons Neutrons 

Net Spin Net Spin Biologic Biologic

AbundanceAbundance     (MHz/T) (MHz/T) 

11HH 1 1  0 0  1/2 1/2  0.630.63 42.58 42.58 

3131PP 1 1  0 0  1/2 1/2  0.00240.0024 17.25 17.25 

2323NaNa 11 2 2  3/2 3/2  0.000410.00041 11.27 11.27 

1414NN 1 1  1 1  1 1  0.0150.015 3.08 3.08 

1313CC 0 0  1 1  1/2 1/2  0.0940.094 10.71 10.71 

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Julio 22, 2005Julio 22, 2005 Imagenología por Resonancia MagnéticaImagenología por Resonancia Magnética

Electromagnetic SpectrumElectromagnetic Spectrum

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Julio 22, 2005Julio 22, 2005 Imagenología por Resonancia MagnéticaImagenología por Resonancia Magnética

Energy Level DiagramsEnergy Level Diagrams

E = hE = hγγBB

When the energy of the photon matches the energy difference When the energy of the photon matches the energy difference between the two spin states an absorption of energy occursbetween the two spin states an absorption of energy occurs

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Julio 22, 2005Julio 22, 2005 Imagenología por Resonancia MagnéticaImagenología por Resonancia Magnética

Energy Level DiagramsEnergy Level Diagrams

E = hE = hγγBB

Variable Magnetic FieldVariable Magnetic Field

Constant FrequencyConstant Frequency

Constant Magnetic FieldConstant Magnetic Field

Variable FrecuencyVariable Frecuency

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Spin PacketsSpin Packets

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Magnetization VectorMagnetization Vector

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Net MagnetizationNet Magnetization

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At EquilibriumAt Equilibrium

Mz = MoMz = Mo

Mxy = 0Mxy = 0

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Relaxation TimeRelaxation Time

If enough energy is put into the system with a frequency equal to the resonance frequency…

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Relaxation TimeRelaxation Time

Mz = 0

Mxy ≠ 0

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Relaxation Time T2Relaxation Time T2

Mxy ≠ 0

Mz = 0

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Relaxation Time T2Relaxation Time T2

The time constant which describes the return to equilibrium of the transverse magnetization

Mxy = 0

Mz = 0

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Julio 22, 2005Julio 22, 2005 Imagenología por Resonancia MagnéticaImagenología por Resonancia Magnética

Chemical Shift

The magnetic field that each nuclei experiment varies according to the type of nuclei and bonds in the molecule

δδ3.5ppm

AguaAguaGrasaGrasa

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Relaxation Time T1Relaxation Time T1

The time constant which describes how MZ returns to its equilibrium value

Mz = Mo

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Relaxation Time T1, T2Relaxation Time T1, T2

T2 ≤ T1

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Julio 22, 2005Julio 22, 2005 Imagenología por Resonancia MagnéticaImagenología por Resonancia Magnética

Free Induction Decay - FIDFree Induction Decay - FID

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Julio 22, 2005Julio 22, 2005 Imagenología por Resonancia MagnéticaImagenología por Resonancia Magnética

Free Induction Decay - FIDFree Induction Decay - FID

Time DomainTime Domain Frequency DomainFrequency Domain

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Julio 22, 2005Julio 22, 2005 Imagenología por Resonancia MagnéticaImagenología por Resonancia Magnética

FID 90FID 90o o SequenceSequence

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FID 90FID 90o o SequenceSequence

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Julio 22, 2005Julio 22, 2005 Imagenología por Resonancia MagnéticaImagenología por Resonancia Magnética

Spin Echo SequenceSpin Echo Sequence

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Julio 22, 2005Julio 22, 2005 Imagenología por Resonancia MagnéticaImagenología por Resonancia Magnética

Magnetic Resonance Imaging Magnetic Resonance Imaging

Information generated by a proton in a magnetic field, returning to its equilibrium, after being exposed to a RF signal.

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Julio 22, 2005Julio 22, 2005 Imagenología por Resonancia MagnéticaImagenología por Resonancia Magnética

GradientGradient

…is a variation in the is a variation in the magnetic field with magnetic field with respect to positionrespect to position

υ = = γγBB

Each region experience a unique magnetic field

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Julio 22, 2005Julio 22, 2005 Imagenología por Resonancia MagnéticaImagenología por Resonancia Magnética

Pulse DiagramPulse Diagram

tt

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Pulse DiagramPulse Diagram

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Pulse DiagramPulse Diagram

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Pulse DiagramPulse Diagram

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Pulse DiagramPulse Diagram

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Julio 22, 2005Julio 22, 2005 Imagenología por Resonancia MagnéticaImagenología por Resonancia Magnética

Pulse DiagramPulse Diagram

tt

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Julio 22, 2005Julio 22, 2005 Imagenología por Resonancia MagnéticaImagenología por Resonancia Magnética

Image Processing Image Processing

MR – Back ProjectionMR – Back Projection

one-dimensional field one-dimensional field gradient is applied at gradient is applied at several angles, and several angles, and the NMR spectrum is the NMR spectrum is recorded for each recorded for each gradient gradient

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Image ProcessingImage Processing