Manyetik rezonans görüntüleme

MRG multiplanar (çok yönlü) görüntü imkanı vermesi ve yüksek rezolüsyonu nedeniyle ile diğer görüntüleme yöntemlerine oranla çok fazla anatomik yapının değerlendirilmesini sağlar. Kortikal invazyonun saptanmasında, yumuşak doku kalsifikasyonlarının değerlendirilmesinde BT daha iyi bir yöntem iken kemik iliği tutulumunu göstermede MRG daha üstündür. Yumuşak dokuyu daha iyi göstermesinden dolayı spinal kord basısı gibi bazı klinik bulgularda MRG tercih edilmektedir (98).

MRG, BT gibi kesit alma temeline dayanan tomografik bir görüntüleme yöntemidir. MR aygıtında da; BT’ye benzeyen elemanlar bulunmakla beraber fiziksel temelleri BT’den çok farklıdır. Görüntülemenin temeli, güçlü manyetik alan içerisine yerleştirilmiş bir organizmada gerçekleşen atomik düzeydeki etkileşimlere dayanmaktadır. Buradan elde edilen veriler daha sonra bilgisayarlarda değerlendirilerek gri-beyaz skalada görüntülere dönüştürülür (98).

MRG aygıtları çevreden izole edilebilmesi amacı ile Faraday kafesiyle çevrelenir. Güçlü MR cihazları yüksek manyetizasyonun sağlanması için sıvı helyum-nitrojen gazı ile soğutulduklarından bu gazların sızmaları ve ortamda oksijen satürasyonunun azalmasına duyarlı dedektörler bulunmaktadır. Ortamın ısısı cihazın çalışması için 18-20 C’de kilimatize edilmelidir. MRG cihazı ana manyet, shim sargıları, gradiyent sargıları, radyofrekans sargıları ve bilgisayar olmak üzere beş ana parçadan oluşmaktadır (98).

MRG’de temel fizik prensipler

Atom çekirdeğinin temel yapısını, proton ve nötron adı verilen nükleonlar oluşturmaktadır. Proton ve nötronlar kendi eksenleri etrafında sürekli olarak spin adı verilen hareketi yapmaktadırlar. Bu sayede nükleonların, çevresinde doğal bir manyetik alan oluşmaktadır. Ancak çekirdekteki nükleonlar, çift sayıda olduklarında birbirinin spin hareketlerinin ortadan kaldıracak şekilde dizilim gösterdiklerinden doğal manyetizasyonları yoktur. Bu nedenle, sadece tek sayıda nükleon bulunan çekirdeklerde doğal manyetizasyon ya da bir başka deyişle manyetik dipol hareketleri bulunmaktadır. Rezonans etkisinin oluşturulmasında altta yatan temel

29 kavram manyetik dipol hareketidir (98).

MRG’de sinyal kaynağı olarak manyetik dipol hareketlerine sahip çekirdeklerden yararlanılır. Biyolojik oluşumlarda bu özelliğe sahip hidrojen, karbon, sodyum ve fosfor atomları bulunmaktadır. Bunlardan hidrojen atomu (H) tek bir protondan ibaret çekirdek yapısı ile en güçlü manyetik dipol hareketine sahip olması, biyolojik dokularda su ve yağda daha yoğun bulunması nedeni ile MRG’de sinyal kaynağı olarak tercih edilir (98).

Protonlar manyetik alanda paralel ve antiparalel şekilde dizilirken; kendi etrafındaki spin hareketlerini sürdürür ve içine yerleştirildikleri manyetik alan gücü ile orantılı olarak değişen salınım (precession) hareketi gösterirler. Bu hareket bir topacın hem kendi ekseni etrafında hem de bir vektöriyel aks etrafında dönüş hareketi gibidir. Salınım hareketi ana manyetik alan gücü ile ilişkili olarak Larmor frekansı denilen bir frekansta gerçekleşir (98).

Manyetik Rezonans cihazında rezonans sinyallerinin oluşumu

Serbest su ve diğer moleküllerdeki sonsuz sayıdaki protonların küçük manyetik alanlarının vektörleri normalde rastgele dağılım gösterirler ve net manyetik alan gücü sıfırdır. Ancak doku, güçlü bir manyetik alan içerisine yerleştirilirse bu protonların büyük kısmı ana manyetik alan yönüne (Bo) paralel ve enerji seviyesi yüksek olan bazı protonların vektörleri antiparalel dizilim gösterirler. Bo yönünde dizilen düşük enerji düzeyli protonların sayısı daha fazla olduğu için external manyetik alan yönüne parelel net bir manyetik alan oluşacaktır (Mo). Aslında MR’da tüm görüntüyü oluşturan bu az sayıdaki düşük enerji düzeyli protonların oluşturduğu net manyetik alandır. Yönü magnet silindirin boyuna (z eksenine) paraleldir. Hastada bu eksene paralel uzanmaktadır. Oluşan bu net manyetik alana dışarıdan protonun larmor frekansına eşit frekansta başka bir RF (radyofrekans) dalgası gönderilerek sisteme enerji aktarılabilir (rezonans). RF dalgası ile Bo manyetik alanına dik başka bir manyetik alan sisteme gönderilir. RF dalgası kesilir ise enerji sistemden geri dışarı verilir. Geri alınan sinyallerin elektrik akımı ölçülüp, analiz edilerek görüntüye çevrilmesi MRG’nin temelini oluşturmaktadır. Bu sinyalleri receiver coil ile toplarız. RF dalgası kesildikten kısa bir süre sonra protonların yüksek enerjili seviyelerinden

başlangıçtaki hallerine dönmelerine relaksasyon denir. İki türlü relaksasyon vardır (98,99).

1-T-1 relaksasyonu (longitudinal manyetizasyonun geri kazanılması, spin- çevre etkileşimi): RF pulsu ile alınan enerji çevreye verilmektedir.

2-T-2 relaksasyonu (transvers manyetizasyon, spin-spin etkileşimi): Çevreye enerji aktarımı yoktur, protonlar içinde bulundukları moleküllerin özelliklerine göre birbirlerinin enerji düzeylerini değiştirirler.

T-1 zamanı: RF pulsu verilmeden önceki longitudinal manyetizasyonun (Mo) %63’ünün geri kazanılmasına kadar geçen süredir. Ana manyetik alanın gücüne ve dokuların iç yapı özelliklerine bağlı olarak değişkenlik göstermektedir. Bu süre yağlı dokularda 150-250 msn gibi çok düşüktür ve bu dokular T1 süreleri nedeni ile hiperintens görülürler. BOS’ta bu süre 2000-3000 msn’dir. Bu nedenle BOS T1 ağırlıklı görüntülerde hipointens görülmektedir.

T-2 zamanı: Transver manyetizasyonun (Mxy) %63’ünün kaybolması yada transvers manyetizasyonun %37’si kalıncaya kadar geçen zamana denir. T2 relaksasyon süresi ana manyetik alan gücünden bağımsızdır. Genelde dokuların T2 süresi T1’den kısadır. T2/T1 oranı 1’e ne kadar yakınsa incelenen doku örneği sıvıya, 1’den ne kadar küçükse katıya (solid) benzer.

T2* Relaksasyon Zamanı: GRE sekansındaki transvers manyetizasyon azalışının süresini belirtir. T2 relaksasyon zamanın gradient eko (GRE) sekansındaki karşılığıdır.

RF pulsu kesildikten sonra her bir protonun manyetik alanları birbirlerini etkileyerek birbirlerinin faz birlikteliğini bozmaya başlar buna protonların defaze olması denir. MR sinyali alabilmek için mutlaka transvers manyetizasyona ihtiyaç vardır. Mxy ne kadar fazla ise sinyal o kadar güçlüdür. Belli bir süre sonra protonların tümü defaze olduğunda (Mxy sıfır olduğunda) sistemden artık sinyal alınamaz (98,99).

31 Gradientler

Manyetik alanın gücünü belli yerlerde değiştirerek yalnızca istenilen kesitte istenen manyetik alanı yaratabilir ve yine belli frekansta verilen RF dalgasından yalnızca istediğimiz kesitteki protonları rezonansa getirebiliriz. Böylece sistemin yalnızca o bölgesinden sinyaller toplayabiliriz. MRG’de external manyetik alanın gücünü istenen yerlerde değiştiren, ek pozitif yada negatif manyetik alan oluşturmaya yarayan sarmallara manyetik alan gradienti denilmektedir. Bu gradientler manyetik alan içinde x, y, z yönlerinde dizilmişlerdir. Bu özellik sayesinde MR ile her planda görüntü alabilmek olanaklıdır. Manyetik dalgalar 3 özellikleriyle tanımlanırlar: amplitüd, faz, frekans. X yönündeki gradientlerle frekans ve Y yönündeki gradientlerle de faz kodlama yapılarak her 3 yönde uzaysal görüntüleme gerçekleşmiş, protonların yerleri belirlenmiş olacaktır. Sinyaller amplitüd özellikli olarak alındıktan sonra frekans özelliklerine göre Fournier transformasyonu ile çözümlenirler ve K alanındaki yerlerine yerleştirilirler. K alanının doldurma biçimi elde olunan görüntünün tüm özeliklerini (kontrast, rezolusyon, hız vb.) belirleyecektir (98,99).

MR sinyal tipleri

Temelde 3 tip MR sinyali vardır. Bunlar; FID, Spine-echo, Stimulated-echo 1-FID: Protonların uygun RF dalgası ile uyarıldıklarında oluşan sinyale FID denir. O sinyal süratle protonların defaze olmasından dolayı sıfırlanır. Bunun için geçen süre T2*zamanı olarak adlandırılır yani intrinsink inhomojenite nedeni ile süratle transvers manyetizasyonun sıfırlandırılması ile oluşur.

2-Spine-echo Sinyali: En temel MR sinyali olma özelliği gösterir. İki RF puls kombinasyonundan oluşur. 90 °C ve 180 °C RF pulsları kullanılır. 90 °C RF pulsu ile oluşan transvers manyetizasyon protonların intrinsik inhomojenitesi nedeni ile süratle defaze olur (T2*). TE/2 zamanda 180 °C RF pulsu uygulanırsa protonlar tekrar refaze olarak TE zamanında ölçülebilir. MR sinyali oluştururlar ve bu sinyal Spine-eko sinyali olarak bilinir.

3-Stimulated-echo Sinyali: Sıralı olarak herhangi 3 RF pulsu kullanılırsa stimulated-echo sinyali alınır.

MR görüntülemede temel klinik sekanslar

Sekans MR sinyali oluşturma sırasında uygulamak zorunda olduğumuz RF pulsu, gradient ve sinyallerin toplam süreçlerini gösteren dizgedir.

Spin eko (SE) sekansı

Önce 90° RF pulsu ve 1-10msn sonrasında 180° RF pulsu uygulama şekliyle yaptığımız MR görüntüleme sekansı olup, buna spin eko adı verilir. Spin eko MR görüntüleme en çok kullanılan sekanstır. Spin eko sekansında TR 700msn’nin altında ise kısa; 2000 msn’nin üzerinde ise uzun olarak kabul edilir. TR ise 20-30 msn altında kısa, 70-80 msn üzerinde uzun kabul edilir.

Buna göre T1 ağırlıklı bir görüntü elde etmek için TR ve TE kısa tutulmalıdır. Proton ağırlıklı görüntülerde T1 etkisinden kaçınmak için TR uzun tutulur. T2 etkisini azaltmak için TE kısa tutulmalıdır. T2A bir görüntü için hem TR, hem de TE uzun tutulmalıdır.

T1A görüntülerde sıvı ve benzeri oluşumlar koyu gri tonlarda, yağ dokusu ise parlak beyaz tonda görülür. T2 görüntülerde sıvı parlak görülürken, yağ dokusu orta gri tonlardadır. T1A kesitlerinde anatomik detay daha iyi görülürken, T2A görüntülerde lezyon daha iyi saptanabilir (99).

Gradient eko (GE) sekansı

GE puls sekanslarının temel fikri, vektörün transvers komponentini faze edecek 180C°‘lik RF kullanılmamasıdır. Bu nedenle sadece transvers komponent üzerine etki gösterecek bir gradient uygulayarak, protonları spin eko sekanslarında olduğu gibi refaze etmek mümkün olabilir. GE sekanslarda görüntü kontrastını TR, TE ve sapma açısı kontrol eder. Sapma açısının büyük olması genellikle T1A kontrast oluşturmaktadır. Hızlı görüntüleme yapabilmesi ve farklı kontrast özellikleri nedeniyle çok sayıda ve çeşitli GE sekansları geliştirilmiştir (99).

33 “İnversion recovery” (IR) sekansları

IR görüntülemede manyetizasyon başlangıçtan 180° puls ile tersine çevrilir. Spin eko sekansından temel farklılığı budur. İlk uygulanan 180° pulsundan sonra X- Y ekseninde net manyetizasyon oluşmayacağı için sadece T1 relaksasyon geri kazanımı olacaktır. T1 relaksasyon geri kazanımı için bir süre beklenir ve bu süre time inversion (TI) olarak adlandırılır.

IR sekansında T1A daha belirginleşmiş olmakla birlikte, proton ve T2A kesitler de elde edilebilmektedir. Bu sekansta TR ve TE süreleri yanı sıra TI zamanı da bir parametre olarak karşımıza çıkar. TI ve TR zamanları görüntünün T1A üzerinde etkili iken, TE zamanı T2A üzerine etkilidir. IR, sekansının en önemli özelliği T1 kontrastı belirginleşir (99).

STIR sekansı

1.5 Tesla magnette TI 150-160 ms seçilirse yağ protonları uyarılamayacağından transvers relaksasyon oluşturmazlar ve doku sinyalinede katkıda bulunmazlar. Yağı baskılamada çok başarılı olan bu sekans short inversion time-inversion recovery = STIR olarak adlandırılır.

Flaır (fluidattenuatedinversion recovery) sekansı

IR sekansında TI 1900 – 2500 ms arasında seçilirse BOS sinyali tamamı ile yok olacağı için bos- beyin parankimi lezyonlarında idealdir. T2 ağırlığını artırmak için uzun TR (6000 ms ve üzeri), uzun TE (100 ms ve üzeri) BOS sinyalinin ortadan kalktığı ve T2 ağırlığının artırıldığı bir sekans oluşur.

Fast spin eko (FSE)

SE’de olduğu gibi önce 90°‘lik puls ile dokular uyarılır. Ancak daha sonra 90°’lik pulsu takiben, birden fazla sayıda 180°’lik puls gönderilir. Her 180°lik puls atılımından bir süre sonra sinyal kaydı yapılır. SE’ye oranla, FSE’de inceleme süresi önemli ölçüde düşürülmektedir. Ancak FSE’de kazanılan zamanın bir kısmı görüntünün T2 kontrastını ve boyutsal rezolüsyonunu arttırmaya harcanır. Çoğu uzun TR zamanları ve yüksek matriksle çalışır.

Ekoplanar görüntüleme (EPI)

Bilinen en hızlı MR inceleme sekansıdır. Ancak çok güçlü ve hızlı gradient sargılar, homojen bir magnet ve çok hızlı bilgisayar sistemleri gerekmektedir. Eko planar görüntülemeyi bildiğimiz klasik sekanslara adapte etmek ve çok kısa sürede görüntüler elde edebilmek mümkündür. Spin eko adaptasyonu diyebileceğimiz uygulamada; tek uyarılık 90°’lik pulsu ve ardından 180°’lik pulsu gönderilebilir. Önce 180°’lik RF sinyali ardından 90°’lik ve 180°’lik puls gönderilecek olursa IR, eko planar görüntüleme kombinasyonu yapılabilecektir. Bunun dışında GE sekans kombinasyonuyla da uygulanabilmektedir. Eko planar görüntülemede görüntü kalitesi, klasik sekanslarda elde edilenlerin altındadır. Çok hızlı inceleme yapılabilmesi önemli bir avantajdır.

Sekans parametreleri

TR: K-space’i tümüyle doldurmak için her satır için tekrarlamamız gerektiğinden her tekrar arası geçen bekleme süresi TR zamanı olarak adlandırılır. Normal spin eko sekansında TR 100-3000 ms arasında seçilir.

TE: 90 RF pulsu ile spin eko sinyali arsında geçen süredir. 5-20 ms arasında değişebilir.

FA (Flip angle): X-Y planında net manyetizasyon oluşturmak için kullanılan RF pulsunun gücü ile orantılı olarak değişir. Genellikle 90 °C olarak uygulanır ancak 70/120 arasında değişebilir.

MR kontrast ajanlar ve etki mekanizmaları

Kullanılan kontrast maddeler paramanyetik, supermanyetik ve ferromanyetik özellikte olabilir. MR incelemelerinde kullanılan kontrast maddeler, bulunduğu çevrede protonların relaksasyon zamanlarını kısaltarak ve lokal manyetik inhomojeniteye yol açarak T1 ve T2 süreleri üzerinde etkili olurlar. Paramanyetik kontrast maddeler T1 süresi üzerine daha düşük konsantrasyonlarda etkili olmakla birlikte, hem T1 hem de T2 sürelerini azaltır. Süperparamanyetik-ferromanyetik kontrast maddeler, tutulumlarında T1 görüntülerde hiperintens görünüme neden olur.

35 T2 süresini kısaltıcı etkide bulunan kontrast maddeler T2 görüntülerde hipointens alanlar olarak görülürler. Günümüzde rutin olarak İV kullanılan paramanyetik ajan gadolinyum (Gd)'dır. Gd özellikle T1 görüntüler üzerinde daha belirgin etki gösterir. Toksik bir madde olması nedeniyle IV yolla şelat formları kullanılır.

Yüksek yumuşak doku kontrast çözümleme gücüne sahip olması, sadece aksiyel değil sagittal ve koronal düzlemlerde de inceleme olanağı sunması (multiplanar görüntüleme özelliği), iyonizan radyasyon riskinin bulunmaması, iyotlu kontrast maddelere karşın kontrast madde yan etki riskinin çok az olması ve IV yoldan kontrast madde uygulamasına gerek olmaksızın vasküler yapıları gösterebilmesi MRG’yi diğer radyolojik tekniklerden avantajlı kılmaktadır (98, 99).

MR Artefaktları

1. Hareket Artefaktı

Görüntülenen objenin görüntüleme sekansı sırasındaki hareketinden kaynaklanır. Hareket periodikse faz kodlama yönünde düzenli bir şekilde hareketli dokunun tam veya tam olmayan tekrarı şeklinde görülürler ve bunlar hayalet (gosting) artefaktları olarak adlandırılırlar. Periyodik olmayan gelişigüzel hareketlerde, hareket yönünde görüntüde bulanıklaşma ortaya çıkar. Kalp hareketi, solunum hareketi, vasküler pulsasyon, BOS pulsasyonu hayalet artefaktına neden olan fizyolojik hareketlerdir. Çoğunlukla gastrointestinal peristaltizm, yutkunma, öksürme, göz hareketi ve hasta hareketi gibi gelişi güzel hareketler ile ilişkilidir.

2. Manyetik Duyarlılık Artefaktları

Manyetik duyarlılıkları farklı dokuların ara yüzeylerinde meydana gelen manyetik alan gücündeki değişiklikler veya mikroskobik gradientler sonucu oluşur. Çevresindeki anatomik yapıda distorsiyon ve parlak-koyu alanlar şeklinde artefakt oluşur. GE sekansları ve T2 ağırlıklı görüntülerde duyarlılık artefaktları daha belirgindir.

3. Kimyasal Kayma Artefaktı

Kimyasal kayma artefaktı yağ ve suyun kimyasal şiftindeki farklılıktan ‘Larmor frekanslarının farklı olmasından’ kaynaklanır. Artefakt imajda yağ ve su piksellerinin yanlış kodlanması sonucu ortaya çıkar. Bu durum karşımıza en çok böbreklerin ve optik sinirin çevresindeki hipointens bantlar şeklinde karşımıza çıkar.

4. Wrap Around (Aliasing) Artefaktı

Görüntülenen anatomik yapının fields of view’un (FOV) dışında kalan bölümlerinin görüntü içine yanlış yerleştirilmesi sonucu ortaya çıkar. Sebebi FOV’un görüntülenen objenin boyutundan daha küçük seçilmesidir. Anatomik yapının FOV dışında kalan bölümü genellikle görüntünün ters tarafına yerleştirilir.

5. Parsiyel Volüm Artefaktı

İmaj vokselinin boyutundan kaynaklanan bir artefakttır. Bir voksel içinde multipl doku tiplerinin bir arada bulunmasından kaynalanır. Uzaysal rezolüsyonda ve detayda kayıp meydana gelir.

6. Gibbs Ringing (Trunkasyon) Atefaktı

Ani intensite değişikliği gösteren kenarlara komşu, multipl, düzenli birbirine paralel parlak ve koyu çizgiler şeklinde görülürler. Keskin kenarlar ve yüksek kontrast geçişlerinde izlenir.

7. Zebra Çizgilenme Artefaktı

Zebra çizgileri gradient eko imajlarda periferde magnetizasyonun ani değiştiği hava-doku ara yüzeylerinde görülür. Rölatif olarak küçük FOV kullanımına bağlı oluşur.

8. Slice Overlap Arteaktı

Genellikle lomber vertebra çekimlerinde kullanılan multi-angle, multi-slice görüntüleme ile elde edilen imajlarda görülen sinyal kaybıdır. Eğer farklı disk aralıklarından alınan kesitler birbirine paralel değilse kesitler birbirinin üstüne binebilir.

37 9. RF Overflow Artefaktı

Bu artefakt hastadan alınan sinyalin analog-digital çevirici tarafından çevrilemeyecek kadar yüksek olduğu (sinyali analog-dijital çeviricinin kapasitesini aştığı) durumlarda oluşur.

10.Entry Slice Fenomeni

Entry slice fenomeni kandaki ansature spinlerin içine girdiği ilk kesitlerde görülür. Vasküler yapının görüntüye girdiği ilk kesitte yüksek sinyalli görünümü ile karakterizedir.

11.Zipper Artefaktı

Görüntülerdeki zipper artefaktların pek çok nedeni vardır. Bunların çoğu teknisyenin kontrol edemeyeceği hardware ve software problemleri ile ilgilidir. Kontrol edilebilen zipper artefaktı çekim sırasında kapının açık kalması sonucu çekim odasına giren RF dalgalarının neden olduğu artefakttır. Dar band frekanslar imajda faz kodlama yönünde lineer bandlar şeklinde artefaktlar oluştururken geniş band frekanslar imajın tamamını bozarlar.

12.Cross Excitation Artefaktı

Eğer kesit planlamasında kesitler arasında ‘gap’ bırakılmazsa istemeden komşu dokuların da uyarılmasına ve dolayısıyla saturasyonuna neden olur. Bu saturasyon komşu kesitte sinyal intensitesinde ve kontrastta azalma olarak kendini gösterir ve lezyonların saptanmasını engelleyebilir.

13.Shading Artefaktı

Shading artefaktı imajın bir kısmını etkileyen fokal rölatif olarak azalmış sinyal intensiteli alan şeklinde görülür. Artefakt nedeniyle bu lokalizasyondaki patolojiler maskelenebilir. (100)

2.10. Tüm Vücut Manyetik Rezonans Görüntüleme ve Klinik