====== Cvičení 8 : Základy MRI ======

====== Magnetická rezonance - Blochovy rovnice ======

Pro úplné pochopení cvičení je velmi podstatné prostudovat a pochopit slidy z přednášek. Velky prehled o MRI v anglictine take [[http://mri-q.com/complete-list-of-questions.html|zde]]

Ve cvičení budeme používat program na simulování Blochových rovnic a budeme sledovat, co se děje s magnetizací po vybuzení excitačním pulsem a za použití gradientů.

===== Zadání =====

Nejdříve si stáhněte potřebné {{courses:a6m33zsl:mri_bloch.zip?linkonly|skripty}}. 

  - [[#Simulace chování jednoho voxelu|Simulujte chování jednoho voxelu.]] Zobrazte časové průběhy pro různý flip-angle (ve skriptu pulseAngle). Vyzkoušejte úhly 180˚ a 90˚ a vložte do zprávy. Zkuste měnit relaxační časy T1 a T2 v rozmezí 800-1400ms resp. 100-250ms. Pozorujte a zhodnoťte, jak se s časy T1 a T2 mění doba nutná pro návrat do rovnovážného stavu (určete souvislosti mezi T1, T2 a průběhy Mz, Mxy). [2b]
  - Zobrazte [[#Opakované excitace|opakovanou excitaci]]  sérií 90˚ pulsů. Prozkoumejte, jak se mění průběhy magnetizace pro rozdílné hodnoty TR. Jaký to má efekt na průběh Mxy pro dvě látky se stejným časem T2, ale různým T1? Jaký je průběh u dvou látek s rozdílným T2, ale stejným T1? Zobrazte průběh celé sekvence pro zvolené časy opakování TR. Jaký vliv má volba rozdílného TE? [3b]


/*  - Při využití tzv. gradientů můžeme lokálně změnit velikost magnetického pole a tím změníme i [[#Rezonanční frekvence spinů|rezonanční frekvenci spinů]]. Zjistěte jaké frekvence (maximální a minimální) jsou obsaženy ve vzorovém pulsu. Spočtěte vhodnou intenzitu gradientního pole Bg [T/mm] tak, abychom vybudili pouze body v rozmezí //-2mm až 2mm//. [2b] */


===== Postup =====

==== Simulace chování jednoho voxelu ====

Spusťte si skript //relaxation.m//. Tento skript simuluje chování jednoho voxelu s počáteční magnetizací //M0 = [0, 0, 1]// po vybuzení RF pulsem a následnou relaxaci. Skript Vám vykreslí průběh magnetizací v x-ovém směru (červeně) a z-ovém směru (modře) jednak pouze během vysílání pulsu a potom po dobu 4s. Pro MRI zobrazování je nejdůležitejší složka magnetizace v rovině xy, kterou můžeme změřit.

{{ :courses:a6m33zsl:mri_bloch_relaxation.png |}}


==== Opakované excitace ====

Spusťte si skript ''weighting.m''. Vykreslí Vám, co se děje při opakovaném excitaci sérií //90˚// pulsů. Zobrazujeme chování dvou látek se stejným časem //T2//, ale různým //T1//. Pokud necháme nastavený čas //TR// opakování (čas za který je vyslán následující RF puls) na 4 sekundy, vektor //Mz// se vrátí téměř do rovnovážného stavu. 

{{ :courses:a6m33zsl:mri_sim.png?800 |}}

Signál v čase TE (svislé čáry) bude téměř stejný pro obě látky i přesto, že mají různý čas //T1//. Přijmutý signál bude v tomto případě vážený hustotou protonů. Můžeme toto chování změnit nastavením jiné hodnoty TE? A jak vypadá chování dvou látek se stejným časem //T1//, ale různým //T2// (spodní graf ve výstupní figure skriptu ''weighting.m'').



/*

==== Rezonanční frekvence spinů ====

Spusťte si skript //selection.m//. V tomto skriptu se zobrazuje několik bodů umístěných na ose x (souřadnice y a z jsou nulové). Při využití tzv. gradientů můžeme lokálně změnit velikost magnetického pole. Tím změníme i rezonanční frekvenci spinů.

Excitačním pulsem obsahujícím pouze určité frekvence můžeme vybudit pouze atomy v námi zvolené oblasti. V našem případě máme šířku RF pulsu pevně danou a budeme měnit pouze velikost gradientu ve směru x. Naším úkol je vybudit pouze oblast v rozmezí -2mm až 2mm na ose x.

Spusťte skript //selection.m//. Obrázek zobrazuje excitační puls. Zjistěte jaké frekvence (maximální a minimální) jsou obsaženy v tomto pulsu (pouze voxely s touto rezonanční frekvencí budou tímto pulsem vybuzeny). V úvahu budeme brát pouze frekvence s amplitudou větší než polovina maximální amplitudy (aproximace čtvercového pulzu).

{{ :courses:a6m33zsl:mri_bloch_selection_time.png?800 |}}

Chceme vybudit pouze body v rozmezí -2mm až 2mm. Proto by rezonanční frekvence bodu na souřadnici 2mm měla být rovna zjištěné maximální frekvenci v RF pulsu. Spočtěte velikost indukce gradientního pole //Bg// [T/mm] tak, aby toto platilo. Použijte vzorec

<latex>f = 42.58\cdot 10^6 \cdot B(x)</latex>

kde //f// je Larmorova frekvence, //42.58// je gyromagnetická konstanta vodíku a //B// magnetická indukce. Použijte princip superpozice. Dejte si pozor na dvě věci - zjištěná frekvence je v kHz a souřadnice bodu ve kterém hledáte //B// je 2mm. Dosaďte hodnotu gredientu do proměnné //GRAD//. Všimněte si (následující obrázek---X-ova magnetizace v čase), že krátce po RF pulsu jsou vybuzené pouze body v oblasti -2mm až +2mm. Tato technika se používá při MRI snímání pro vybuzení pouze určitého řezu obrazem (bez použití selekce řezu bychom měřili součet signálu přes všechny řezy).

{{ :courses:a6m33zsl:mri_bloch_selection_place.png?500 |}}

*/


{{tag>medical mri matlab}}