MRI from Picture to Proton McRobbie

Cover......Page 1
Half-title......Page 3
Title......Page 5
Copyright......Page 6
Dedication......Page 7
Contents......Page 9
Acknowledgements......Page 13
1.1 It’s not rocket science, but I like it......Page 15
1.2 A brief history of medical imaging......Page 16
1.3 How to use this book......Page 18
FURTHER READING......Page 21
Part A The basic stuff......Page 23
2.2 Welcome to the MR unit......Page 25
2.2.1 The magnet......Page 26
2.2.3 Gradients......Page 27
2.2.5 Patient handling system......Page 28
2.3.2 Fringe field......Page 29
2.3.5 Bio-effects......Page 30
2.3.6 Practical guidelines......Page 31
2.4.2 During the examination......Page 32
2.5.1 Brain......Page 33
2.5.3 Breast......Page 34
2.5.5 Liver......Page 35
2.5.6 Pelvis......Page 37
2.5.10 Thoracic aorta......Page 38
2.5.11 Carotid and intracerebral arteries......Page 40
2.6 A week in the life of an MRI radiographer......Page 41
FURTHER READING......Page 43
3.1 Introduction......Page 44
3.2 Some basic stuff......Page 45
3.3 T1-weighted images......Page 46
3.4 T2-weighted images......Page 47
3.5 PD-weighted images......Page 49
3.6 Gradient-echo T1-weighted images......Page 50
3.7 Gradient-echo T2*-weighted images......Page 52
3.9 STIR images......Page 54
3.10 FLAIR images......Page 55
3.11 Contrast agents......Page 56
3.12 Angiographic images......Page 58
FURTHER READING......Page 60
4.2 Digital and analogue images......Page 61
4.3 Matrices, pixels and an introduction to resolution......Page 65
4.5 Displaying images......Page 71
4.6 What do the pixels represent?......Page 72
4.7 From 2D to 3D......Page 75
FURTHER READING......Page 78
5.2 Looking on the bright side: what are we trying to optimize?......Page 79
5.2.2 SNR and CNR......Page 80
5.3.1 Resolution and SNR......Page 83
5.3.3 Predicting the effect on image quality......Page 85
5.4.1 The golden rule: contrast first......Page 88
5.4.3 Adjusting the scan time......Page 89
5.4.4 Check your slices......Page 90
Select a preprocessing filter......Page 91
FURTHER READING......Page 92
6.2 Keep still please: gross patient motion......Page 93
6.3 Physiological motion......Page 94
6.3.1 Respiratory motion......Page 95
6.3.2 Cardiac motion......Page 98
6.3.3 Peristaltic motion......Page 99
6.4.1 The in-flow effect on SE and GE sequences......Page 100
6.4.3 Avoiding flow artefacts......Page 102
6.5.1 Chemical shift artefact......Page 103
6.5.2 Phase cancellation artefact......Page 104
6.5.3 MRI liposuction: removing fat signals......Page 106
6.6 Partial volume artefact and cross-talk......Page 110
6.7.1 Phase wrap-around artefact......Page 112
6.7.2 Gibbs’ artefact......Page 113
6.7.3 Ringing artefact in CE-MRA......Page 114
6.8 Susceptibility and metal artefacts......Page 115
6.9.1 Zipper artefact......Page 117
6.9.2 Gradient nonlinearities......Page 118
6.9.4 Halo artefact......Page 119
FURTHER READING......Page 121
7.2 Anatomy of a pulse sequence......Page 122
7.3.1 Larmor equation......Page 123
7.3.2 Gradients......Page 124
7.3.4 Fourier transforms......Page 126
7.4.1 Selective excitation......Page 127
7.4.2 What’s your orientation? Manipulating the slice......Page 130
7.5.1 Spatial frequencies demystified......Page 131
7.5.2 Totally fazed: phase encoding......Page 134
7.5.3 Frequency encoding......Page 137
7.5.4 Spatial encoding: a musical analogy......Page 139
7.5.6 Resolution and field of view......Page 141
7.6.1 Adventures in k-space......Page 143
7.6.3 Artefacts......Page 144
7.7.3 Rectangular field of view......Page 147
7.8 3D FT......Page 149
FURTHER READING......Page 150
8.2.1 Classical mechanics explanation of NMR......Page 151
8.2.2 Quantum mechanics explanation......Page 153
8.3 Measuring the magnetic moment......Page 155
8.4 Creating echoes......Page 158
8.5 Relaxation times......Page 162
8.6 Relaxation time mechanisms......Page 167
8.6.1 Spin-lattice relaxation......Page 170
8.6.2 Spin-spin relaxation......Page 173
8.6.3 BPP theory for body tissues......Page 174
8.7.4 Magnetization transfer and J coupling......Page 175
8.8.1 Gadolinium contrast agents......Page 176
8.8.2 Iron oxide contrast agents......Page 177
FURTHER READING......Page 180
9.2 Magnets......Page 181
9.2.2 Homogeneity......Page 182
9.2.3 Magnet types......Page 183
9.2.5 Shimming......Page 185
9.2.6 Shielding......Page 186
9.3 Gradients......Page 187
9.3.1 Gradient linearity......Page 188
9.4 Radiofrequency system......Page 189
9.4.1 Transmitter......Page 191
9.4.2 Transmit coils......Page 192
9.4.3 Radiofrequency polarization......Page 193
9.4.4 Receiver coils......Page 194
9.4.5 Surface coils......Page 197
9.4.8 Preamplifier......Page 199
9.4.10 Prescan......Page 200
9.6 Open MRI systems......Page 202
9.7.1 Fringe field......Page 203
9.7.3 Siting and environment......Page 204
FURTHER READING......Page 205
10.2 Radiofrequency effects......Page 206
10.2.3 RF exposure standards......Page 207
10.3.1 Stimulation effects......Page 208
10.3.3 Gradient exposure standards......Page 209
10.4 Static field effects......Page 211
10.4.3 Static field exposure standards......Page 212
FURTHER READING......Page 214
Part B The specialist stuff......Page 215
11.1 Introduction......Page 217
11.3.1 SNR......Page 218
11.3.2 Uniformity......Page 224
11.4.1 Linearity and distortion......Page 225
11.4.2 Resolution......Page 226
11.4.3 Slice parameters......Page 228
11.5 Relaxation parameters......Page 230
11.6.2 Chemical shift and fat suppression......Page 231
11.7 Spectroscopic QA......Page 232
FURTHER READING......Page 233
12.2 Getting above the trees: a sequences overview......Page 234
12.2.2 The pulse sequence family tree......Page 235
12.3 RARING to go: spin-echo-based techniques......Page 236
12.3.2 Fast spin echo......Page 237
12.3.3 A compromising situation......Page 240
12.3.4 Inversion recovery FSE......Page 242
12.3.6 Drive time: driven equilibrium......Page 243
12.3.7 Single-shot FSE and HASTE......Page 244
12.3.8 GRASE and SE-EPI......Page 245
12.4 Spoiled for choice: gradient echo......Page 250
12.4.1 Genesis of the GE signal: FIDs, echoes and coherences......Page 252
12.4.2 Spoiled gradient echo......Page 254
12.4.3 Rewound gradient echo......Page 257
12.4.4 Echoes only: time-reversed gradient echo......Page 259
12.4.5 3D GE sequences......Page 260
12.5 Ultra-fast GE imaging......Page 262
12.5.1 Turbo-FLASH......Page 263
12.5.2 MP-RAGE......Page 266
12.5.3 GE echo planar imaging......Page 267
12.6 Pulse sequence conversion chart......Page 268
FURTHER READING......Page 271
13.2 Effect of flow in conventional imaging techniques......Page 272
13.2.1 TOF effects......Page 273
13.2.2 Phase shift effects......Page 274
13.2.3 Avoiding flow artefacts......Page 275
13.3.1 2D TOF......Page 277
13.4 Phase-contrast angiography......Page 279
13.4.1 2D phase contrast......Page 283
13.4.2 3D phase contrast......Page 284
13.5 Contrast-enhanced MR angiography......Page 285
13.5.2 Peripheral MRA......Page 291
13.5.3 Direct Contrast MR Venography......Page 292
13.6 Novel contrast agents......Page 293
13.6.2 Increased relaxivity......Page 294
FURTHER READING......Page 295
14.2.1 ECG gating......Page 296
14.3 Morphological imaging......Page 299
14.4 Functional imaging......Page 302
14.4.1 Retrospective gating......Page 304
14.4.3 Fast prospective cardiac imaging......Page 305
14.4.4 Fast retrospective cardiac imaging......Page 308
14.4.7 Myocardial tagging......Page 310
14.5 Cine phase-contrast velocity mapping......Page 312
14.6 Myocardial perfusion imaging......Page 314
14.7 Myocardial viability......Page 317
14.8 Coronary artery imaging......Page 318
FURTHER READING......Page 319
15.1 Introduction......Page 320
15.2 Some basic chemistry......Page 321
15.2.3 Tumours......Page 322
15.3.1 STEAM......Page 324
15.3.3 Voxel positioning......Page 327
15.4 Processing of single-voxel spectra......Page 330
15.5 Chemical shift imaging......Page 332
15.6 Phosphorus spectroscopy......Page 333
15.7 Other nuclei......Page 335
15.8.2 Imaging considerations......Page 336
15.8.3 Applications......Page 337
FURTHER READING......Page 338
16.2.1 Blipped versus nonblipped single-shot EPI......Page 343
16.2.2 EPI artefacts......Page 345
16.2.3 Multi-shot EPI......Page 346
16.3.1 Pulsed gradient spin echo......Page 347
16.3.2 Anisotropy......Page 349
16.3.3 Diffusion sequences......Page 352
16.4 Perfusion imaging......Page 353
16.4.1 Dynamic susceptibility contrast MRI......Page 354
16.4.2 Arterial spin labelling......Page 356
16.5.1 The BOLD effect......Page 358
16.5.2 fMRI acquisitions......Page 359
16.5.3 fMRI processing......Page 360
16.5.4 Interpreting fMRI: ‘blobology’......Page 361
16.5.6 Paradigm shift......Page 362
FURTHER READING......Page 363
17.2 Groundwork......Page 364
17.2.2 Basic principles of phased arrays......Page 365
17.3.1 SENSE......Page 366
17.3.2 mSENSE......Page 367
17.4.1 SMASH......Page 369
17.4.2 Auto-calibrating SMASH......Page 371
17.4.3 GRAPPA......Page 374
17.5 k-t BLAST (or as we prefer to call her, Katie Blast)......Page 375
17.6 Clinical benefits of parallel imaging......Page 377
17.7 Image quality in parallel imaging......Page 378
17.8 Non-Cartesian acquisition schemes......Page 382
17.8.2 3D radial imaging......Page 384
17.8.4. PROPELLER......Page 386
17.8.5 Spiral......Page 387
17.9. Epilogue: the final frontier......Page 390
FURTHER READING......Page 391
A.1 Vectors......Page 393
A.2 Sine and cosine waves......Page 394
A.4 Complex numbers......Page 395
A.5 Simple Fourier analysis......Page 396
A.6 Some useful constants......Page 397
Index......Page 399