Inwersja z odzyskiem i tłumienie sygnału

Wybór czasu może wyzerować sygnał

Tłuszcz jest często jasny w typowych kontrastach MR, a ta jasność może przesłaniać niewielką różnicę sygnału w szpiku lub tkance miękkiej. Tłumienie tłuszczu nie jest sztuczką wyświetlania stosowaną po rekonstrukcji. To wybór w projekcie sekwencji, który zmienia magnetyzację podłużną przed próbkowaniem sygnału. STIR jest szczególnie czytelnym przykładem, ponieważ wykorzystuje zależne od T1 przejście przez zero.

Sekwencja inwersji z odzyskiem (IR) rozpoczyna się impulsem inwersyjnym 180°, który odwraca magnetyzację podłużną. Odwrócona magnetyzacja odbudowuje się następnie w kierunku równowagi. W wyidealizowanym modelu podczas tej odbudowy przechodzi przez zero. Jeśli sekwencja zastosuje wzbudzenie, gdy wybrana tkanka znajduje się w tym punkcie lub blisko niego, dostępna magnetyzacja podłużna jest zbyt mała, aby wytworzyć późniejszy sygnał poprzeczny, i sygnał tej tkanki zostaje wyzerowany.

Odstęp od impulsu inwersyjnego do wzbudzenia to czas inwersji (TI). W wyidealizowanym przypadku pełnej równowagi przed idealną inwersją składową podłużną można zapisać jako M_z/M_0 = 1 − 2e^(−TI/T1), a jej przejście przez zero następuje przy TI = T1 ln 2. Równanie to jest modelem dydaktycznym, a nie uniwersalnym ustawieniem klinicznym: skończony TR, niedoskonałe impulsy, odczyt, rekonstrukcja modułu sygnału i rzeczywiste T1 tkanki zmieniają punkt zerowania oraz uzyskany kontrast.

Impuls inwersyjny 180°
        |
        | magnetyzacja podłużna odbudowuje się, przechodząc przez zero
        v
Wybierz TI w chwili przejścia tkanki docelowej przez zero
        |
        v
Tkanka docelowa jest stłumiona, a pozostałe tkanki są widoczne

STIR i FLAIR wykorzystują ten sam mechanizm

STIR, czyli Short TI Inversion Recovery, wybiera krótki TI ukierunkowany na zakres T1 tłuszczu. Zmniejsza to sygnał tłuszczu, natomiast tkanki, których magnetyzacja podłużna nie znajduje się blisko tego samego przejścia przez zero, zachowują więcej sygnału. Ponieważ zerowanie opiera się na T1, a nie na swoistości chemicznej, STIR może również tłumić inne tkanki o krótkim T1, w tym tkanki wzmacniające się po gadolinie, i nie należy go stosować po podaniu gadolinu, gdy celem badania jest wykrycie dodatniego wzmocnienia. W obrazowaniu układu mięśniowo-szkieletowego i kręgosłupa kontrast ten jest często używany, aby łatwiej uwidocznić nieprawidłowości związane z płynem w szpiku lub tkankach miękkich. Jest to stwierdzenie o projekcie kontrastu, a nie obietnica, że każda nieprawidłowość będzie jasna lub że każda implementacja da ten sam wygląd.

Ten sam model myślowy wyjaśnia FLAIR, czyli Fluid-Attenuated Inversion Recovery. Sekwencja ta wykorzystuje dłuższy TI ukierunkowany na zakres T1 płynu, takiego jak CSF, zmniejszając zwykle jasny sygnał płynu, aby można było ocenić inne różnice między tkankami. STIR i FLAIR nie różnią się logiką zerowania; wybierają inne tkanki docelowe, a zatem inne reżimy czasowe.

Schematyczne wartości dydaktyczne, a nie uniwersalne stałe kliniczne: TI = T1·ln 2 zakłada pełną równowagę przed idealną inwersją 180° — skończony TR, niedoskonała inwersja i implementacja sekwencji przesuwają kliniczny czas zerowania; T1 zależy od natężenia pola i stanu tkanki; na rzeczywisty kontrast obrazu wpływają także ważenie T2, odczyt i rekonstrukcja modułu sygnału. Rysunek wyjaśnia mechanizm zerowania; nie przewiduje kontrastu klinicznego. Płyny patologiczne nie muszą mieć takiego samego T1 jak schematyczny płyn.

Tłumienie tłuszczu nie jest jedną techniką

STIR jest jedną z dróg do uzyskania obrazu z tłumieniem tłuszczu. Spektralne metody tłumienia tłuszczu wykorzystują różnicę częstotliwości między tłuszczem a wodą, a metody Dixona pozyskują i łączą sygnały w celu oszacowania składowych wody i tłuszczu. Podejścia te mają odmienne założenia i wrażliwości; żadne nie zmienia głównej lekcji, że wynikowy obraz jest zdefiniowany przez przygotowanie, czasy, próbkowanie i rekonstrukcję. W szczególności zerowanie STIR jest związane z zakresem T1, dlatego zmiana natężenia pola, stanu tkanki lub czasów sekwencji może zmienić stopień, w jakim wybrany TI tłumi zamierzoną składową.

Praktyczna konsekwencja jest taka, że etykieta „z tłumieniem tłuszczu” nie wystarcza do określenia warunków pomiaru. Przy porównywaniu obrazów lub pomiarów ilościowych należy zapisać metodę tłumienia i jej parametry czasowe. Następne przygotowanie zmienia cel z relaksacji na ruch: dyfuzja i ADC jako pomiary oparte na modelu.

Źródła

• Abi Berger, „Magnetic resonance imaging” — zasady sekwencji impulsów i kontrast oparty na relaksacji.
• Stanford Medicine Body MRI Research Group, MRI Physics Education Materials — publiczne wizualne wprowadzenie do inwersji z odzyskiem, tłumienia tłuszczu i mechanizmów kontrastu.
• Ridgway JP. Cardiovascular magnetic resonance physics for clinicians: part I. J Cardiovasc Magn Reson. 2010;12:71. doi:10.1186/1532-429X-12-71. (Pełny tekst)
• Fischer T, El Baz Y, Waelti S, et al. Short tau inversion recovery (STIR) after intravenous contrast agent administration obscures bone marrow edema-like signal on forefoot MRI. Skeletal Radiol. 2022;51:573-579. doi:10.1007/s00256-021-03852-2. (Pełny tekst)
• Lins CF, Salmon CEG, Nogueira-Barbosa MH. Applications of the Dixon technique in the evaluation of the musculoskeletal system. Radiol Bras. 2021;54:33-42. doi:10.1590/0100-3984.2019.0086. (Pełny tekst)