06 Espacio K RM - Apuntes 1 PDF

Preview

Summary

Traspaso clase profe alejandro cerda...

Description

Clase N°5 RNM Construcción de la imagen en RNM Espacio K Cuando la antena capta la señal (antenas receptoras) concurren las señales de relajación procedente de todos los núcleos del plano de corte. El espacio K (raw data) va a ser un espacio virtual donde se van a ir a disponer la información proveniente del plano de excitación que habíamos obtenido y lo vamos a ordenar en una matriz en función de una columna que son las fases, y una fila que en este caso son las frecuencias.

El número de filas que tenga este espacio va a quedar determinado por el tamaño de la matriz (128, 256, 512), O Cada fila representa un TR en una secuencia Spin Eco o gradiente Eco ¿Cómo construir una imagen a partir de las señales generadas? Factores que influyen en la localización espacial: - Diferencias en frecuencias. - Diferencias en fases. - Diferencias en los tiempos de recolección de señales. - Distancia con las bobinas receptoras. Los pulsos de radiofrecuencia no son selectivos, poseen un ancho de banda, por lo tanto no excitaran puntualmente, si no que excitaran todo el volumen de estudio dentro del resonador. En ausencia de gradientes, la respuesta de todos los momentos magnéticos, dentro del volumen de estudio será de la misma magnitud. En general los gradientes lo que buscan es alterar el campo magnético principal en un patrón lineal que nosotros conozcamos. Los gradientes provocan que la respuesta de los momentos magnéticos, dentro del volumen, tengan una frecuencia distinta.

Cambiando la frecuencia de resonancia podemos obtener:  

Selección de un plano de interés. Codificación de la posición espacial dentro de un determinado slice.

Para generar un slice: 1- Se activa una gradiente en función del eje principal, perpendicular al eje deseado, lo que resulta en una variación lineal de las frecuencias de resonancia posibles en esa dirección. *ancho de banda: gama de frecuencias que contienen un slice. 2- un pulso de RF se activa simultáneamente, cuya frecuencia coincide con el ancho de banda del corte deseado. La combinación de ambos pasos asegura que solo los protones dentro del slice se exciten. La variación de la frecuencia de codificación identifica de forma exclusiva un slice utilizando  

Una frecuencia central (FC) para determinar la posición de corte Rango de frecuencias (ancho de banda) Δ f para determinar grosor de corte (Δz).

Esto genera, que producto de la acción del pulso selector de frecuencia, el mismo gradiente tiene dos lóbulos (+/-), el pulso positivo es el pulso selector de corte va a hacer que nosotros tengamos dentro de nuestra muestra, en términos teóricos, todos los protones que estén dentro de de la muestra estarán con la misma fase y la misma frecuencia. Gradiente de selección de corte (Gz) -

El pulso de RF produce una inmediata puesta en fase de los spins. Pero el gradiente aplicado (Gz), destruirá la coherencia de fases (desfase) introducida por la acción de la RF principal. Esto se corrige mediante la introducción de un lóbulo de refase Gz, este da pie a que nuestra señal neta tenga la misma fase y la misma frecuencia. El GZ se denomina gradiente bipolar, ya que posee dos lóbulos, el positivo que este al aplicarse genera un pequeño desfase inherente en la muestra, y luego un lóbulo negativo o refasador que dejara la muestra con las misma fase y la misma frecuencia, eliminando así el desfase que provoca el lóbulo + de GZ

El espesor de corte está determinado por: -

Pendiente de la gradiente de codificación de corte (Gz).

-

El BW o ancho de banda incorporado en el pulso de RF incidente.

Bandwidth (BW) Es la gama de frecuencias (medido en Hz) implicadas en la transmisión o recepción de una señal electrónica. Cuando más pequeño es el BW mejor es la relación señal/ruido, es decir posee más señal y menos ruido, es operador dependiente El pulso selectivo de RF, éste debe poseer: -

Una frecuencia central (Fc) Un rango angosto de RF asociadas, conocido como ancho de banda (BW- varía entre 1 y 2 kHz).

Habitualmente el BW no varía por que genera cambios sustantivos en la relación señal ruido y cambios que están asociados a un artefacto de desplazamiento químico entre la grasa y el agua (si varia demasiado el BW puede aparecer el artefacto de desplazamiento químico) Lo único que varia es el ángulo de gradiente selector de corte, es decir, al aumentar la pendiente de la gradiente, disminuye el espesor de corte

En cada imagen la selección de cada slice es individual y su codificación por ende también es almacenada en forma individual. Técnica multicorte (multi-slice) Utiliza el tiempo de espera o wait time (WT), tras las obtención del eco, antes del próximo TR, ocupando ese tiempo, se estimulan nuevos planos de selección de corte.

El número de slices, estará en función del TR, por lo tanto directamente relacionado con la potenciación de la secuencia. La distancia o gap entre slice debe ser mínimo pero tampoco uno sobre otro. La interferencia entre cortes genera una pérdida de señal y resolución en el producto final, ya que estos no son perfectamente rectangulares y se solapan unos con otros (crosstalk) Estrategias para eliminar el crosstalk: -

Dejar un gap del orden del 10-20% del tamaño del slice evitando que los perfiles se crucen, así se evita la perdida de señal y resolución.

En la imagen de corte axial de cerebro potenciada en DP la imagen de la izquierda posee la separación adecuada de los gap, la señal asociada a la potenciación es la adecuada, en cambio la imagen de la derecha (misma secuencia y potenciación) muestra una sustantiva perdida de la señal (LCR pierde señal al igual que la corteza) y se hace difícil la distinción de la interfase sustancia gris/blanca. -

La otra estrategia para impedir el fenómeno del croostalk es hacer una excitación intercalada, para evitar espacio o gap entre los slice, se utiliza en secuencias 3D con voxeles isotrópicos, permite obtener la máxima resolución posible. Acción del gradiente de codificación de fase (Gy) Produce una dispersión de las fases entre los protones de una misma columna de frecuencias, la codificación se fase se logra mediante la aplicación de un gradiente de fase (Gy) perpendicular tanto a la codificación de frecuencia como de selección de corte.

Es el único gradiente que cambia de amplitud durante la adquisición de la señal. Una vez aplicado el gradiente de fase, los protones del slice, ahora poseen una misma frecuencia pero distinta fase (en una fila del espacio K). El número de codificaciones de fase, estará determinado por el tamaño de la matriz. El Gy cambia su magnitud en función de cada TR que vamos teniendo En presencia de Gy, la frecuencia de precesión se incrementa o disminuye dependiendo de la magnitud del gradiente de fase aplicado (según ec. De Larmor) Los gradientes de codificación de fase de mayor valor, causan más desfase y por lo tanto generan perdida de señal. Gradiente codificador de frecuencias (Gx): Perpendicular al gradiente de fase Permite hacer la diferencia de las frecuencias en el plano horizontal (filas del espacio K). Donde mayor sea la frecuencia, la señal será menor, donde haya menor frecuencia la señal será mayor. A cada fase y cada frecuencia se le asigna un valor de grises. Field of view o campo de visión (FOV) Estará determinado por la pendiente de la gradiente de frecuencia (Gx), a mayor pendiente de Gx, menor es el FOV, por lo tanto mayor resolución espacial asociada Una vez aplicados todos los gradientes, cada voxel en el espacio K va a tener una frecuencia y una fase distinta. Gracias a este efecto, tendremos la posibilidad de discriminar el origen de la señal voxel a voxel Al retirar RF excitadora se general la señal que origina el desfase de los protones (FID), es en la FID donde actúa el gradiente codificador de fase y el gradiente codificador de frecuencia actúa sobre el eco. Descomposición de la señal.

La señal obtenida se puede descomponer en: magnitud de señal y frecuencia de señal. El resultado del análisis de la señal obtenida en un periodo de tiempo posee: distintas fases, frecuencias y amplitudes.

Transformada de Fourier. Herramienta matemática que nos permite descomponer la señal compleja (dominio temporal) en múltiples senos y cosenos (dominio frecuencial o de Fourier). La descomposición de la imagen por Fourier da dos componentes:  

Real: amplitudes, funciones coseno. Imaginario o de fase: funciones seno. La transformada de Fourier nos permite transformar la imagen en frecuencias (y viceversa). El espacio K va a ser básicamente la recolección de todas estas frecuencias (ordenamiento de ellas), del llenado del espacio K va a depender:  Las características de las imágenes en cuanto a resolución espacial y de contraste.  la rapidez de la adquisición. Los datos para llenar el espacio K, se toman directamente de la señal de RM obtenida y mediante la codificación de fase y frecuencia, se va a determinar qué punto o que línea del espacio K va a asociarse la señal obtenida. Debido a los gradientes que se han aplicado para la codificación de fase y frecuencia, la señal de RM, ya está en un formato Fourier adecuado, para el llenado del espacio K de la matriz. La digitalización de una sola señal de RM, genera una línea del espacio K, esto debe repetirse muchas veces (con codificación de fases diferentes) para producir una sola imagen. Los números digitalizados se representan como valores en escala de grises. Con la aplicación sucesiva de gradientes de codificación de fase, la señal digitalizada se utiliza para llenar otra fila del espacio k. Para las imágenes de RM de rutina, este proceso se repite típicamente del orden de 256 veces. Una vez que todas las filas se han llenado con los datos, la transformada de Fourier se puede utilizar para reconstruir la imagen. Cada punto de frecuencia y fase en el espacio K, contiene información espacial sobre cada pixel en la imagen final, por el contrario cada pixel de la imagen se asigna a cada punto del espacio K.

Asi como una señal unidimensional se puede descomponer en una suma simple de ondas seno y coseno, una imagen bidimensional puede ser descompuesta en un conjunto de unas que varian en fase, frecuencia, amplitud y dirección. A medida que se añaden las ondas de mas direcciones, la imagen tridimensional del espacio K emerge.

Si valoramos el centro del espacio K (gran amplitud baja frecuencia) estamos valorando los contornos y la forma que tienen las estructuras. Si ponemos énfasis en la periferia del espacio K lo que se puede determinar los bordes, los detalles que tenga la imagen.

Por convención y no importando la forma del llenado del espacio K, las frecuencias menores se ubican en la parte central del espacio K, por lo tanto la señal aumenta desde la periferia hacia el centro

El espacio K consta de valores positivos y negativos, la magnitud de estos valores va a estar en función del tamaño de la matriz

El por qué de un segmento positivo y uno negativo se debe a la naturaleza bipolar de los gradientes, una frecuencia positiva significa que la fase está aumentando con el tiempo, una frecuencia negativa implica que la fase está disminuyendo con el tiempo. Propiedades de llenado: Comparación de matrices (izq= 512, der= 256) la matriz de 512 permite mayor resolución pero presenta una menor señal, en cambio la de 256 pierde definición de los bordes pero hay mayor señal.

Propiedad de simetría conjugada, hermitiana o especular: El espacio K es simétrico en relación al orden de sus datos, en relación a la parte creciente y decreciente del eco, en la codificación de fase. Las frecuencias tiene una ubicación análoga en el espacio K, tienen componentes reales de la misma señal, pero los imaginarios de signo contrario. la propiedad especular del espacio K permite llenar solo la mitad de los datos, los datos de una mitad pueden ser calculados mediante valores que ocupan una posición simétrica respecto al centro del espacio K. utilizando esta propiedad se pueden disminuir los tiempos de exploración. Técnicas que utilizan la propiedad especular del Espacio K: Técnica Half Fourier, se procesa más de la mitad del espacio k para eliminar cualquier error de interpolación, se utiliza en la secuencia HASTE (half Fourier adquisition single shot turbo spin echo), el beneficio de esa técnica es solo temporal (disminución de los tiempos de exploración). La simetría del espacio K nos ayuda a reducir el tiempo de obtención de imágenes mediante dos técnicas:  

llenado de menos líneas (NEX fraccionado) técnica de half fourier no digitalizar el eco completo (ECO fraccionado)

NEX fraccionado: se llenan menos líneas mediante la disminución de codificaciones de fase, el resto se extrapola matemáticamente aprovechando la simetría del espacio K.

Entonces las ventajas del nex fraccionado son, disminución del tiempo de adquisición de imágenes y las desventajas son, meno relación señal ruido y disminución de la resolución espacial. ECO fraccionado: se muestra solo una parte de la señal del eco, la reducción del muestreo a lo largo de los ejes de frecuencia y fase permite alterar el FOV.

Márgenes tolerables del eco fraccionado: 50% de la matriz de 512 y 70% de la matriz de 256 Las ventajas del eco fraccionado básicamente son la disminución de tiempo en la obtención de imágenes, las desventajas son disminución de la relación señal ruido, disminuye la resolución y favorece el aliasing en la dirección de la fase FOV fraccionado: se omite el sampleo de las frecuencias que están fuera del área de interés, tiene como ventaja la disminución del tiempo de adquisición, sus desventajas son que disminuyen la resolución, disminuye la SNR, aliasing en la dirección de la codificación de fase. ECO asimétrico: se samplea parte del eco, genera una mejor SNR

Formas de llenado del espacio K: 

llenado secuencial.

    

llenado segmentado. llenado concéntrico. llenado zigzag. llenado espiral. Otras (modificaciones de las anteriores)

Llenado secuencial: llenado línea por línea, desde la línea más positiva hasta la más negativa. Característica de las secuencias spin echo, por cada TR se llena una línea del espacio k en forma descendente y de izquierda a derecha, lo mismo ocurre en las secuencias eco gradiente incoherente y coherente Llenado secuencial con scrolling: variante de la secuencial en la cual permite tomar las señales del centro del espacio K en primer lugar y se llene hacia la periferia. Llenado segmentado: asociado básicamente a secuencias TSE, ya que el llenado de las líneas del espacio K depende del factor turbo. Según la cantidad de factor turbo posea, será la cantidad de líneas llenadas en el espacio K, por cada TR se llenan varias líneas del espacio K, el TE efectivo llena primero las líneas centrales del espacio. TE efectivo = tiempo de eco que llena el centro del espacio K, al llenar el centro significa que posee mayor amplitud y menor frecuencia, lo que se traduce en que el contraste de la imagen está determinado por el TR eff. Secuencias duales: con un TR largo podemos tomar distintos ecos, por lo tanto se puede crear dos espacios K de forma simultánea, permite generar 2 potenciaciones distintas con un solo TR (secuencias T2 DP o secuencias dentro y fuera de fase) Llenado en zigzag: asociado a secuencias EPI, se caracteriza por ser SingleShot (un solo pulso excitador) osea un solo TR. Un solo TR llena todo el espacio K Llenado concéntrico: lo ocupan gradientes que requieren un llenado rápido del espacio K, se llena una sola línea por cada TR Llenado en espiral: los datos se llenan en forma espiral, parte desde el centro del espacio k hacia la periferia, se utilizan de 2 a 10 espirales, cada espiral se adquiere en un TR. Se utilizan en secuencias angiografícas

Adquisición en paralelo: Combina las señales de varios elementos de bobina en un phased array, para reconstruir la imagen, mejora la SNR, acelera la adquisición y reduce los tiempos de analisis....