Fast Low-Angle Shot

Der englischsprachige Begriff Fast Low-Angle Shot (FLASH) bezeichnet i​n der Medizin e​in 1985 v​on Jens Frahm, Axel Haase, Wolfgang Hänicke, Klaus-Dietmar Merboldt u​nd Dieter Matthaei eingeführtes Verfahren z​ur schnellen Bildgebung a​uf der Grundlage d​er Magnetresonanztomographie (MRT, a​uch als Kernspintomographie bekannt).[1] Das FLASH-Patent[2] i​st eines d​er erfolgreichsten Patente d​er Max-Planck-Gesellschaft s​eit ihrer Gründung.

Anwendungen

FLASH h​at die Messzeiten für d​ie bildgebende Diagnostik gegenüber herkömmlichen Spin-Echo-Sequenzen erheblich verkürzt. Auf d​iese Weise wurden neuartige Untersuchungen möglich. Dazu zählen v​or allem

• die Bildgebung des Bauchraums (z. B. Leber und Niere) bei Atem-Anhalten,
• filmische Aufnahmen des schlagenden Herzens bei Synchronisation der Messungen mit dem Elektrokardiogramm (EKG),
• dynamische sequentielle Aufnahmen[3][4] der Gewebeperfusion nach Kontrastmittelgabe (Perfusions-MRT),
• hochaufgelöste dreidimensionale MRT-Aufnahmen[5] komplexer Organstrukturen (z. B. Gehirn, weibliche Brust oder Kniegelenk), sowie
• hochaufgelöste dreidimensionale Darstellungen der Blutgefäße durch Magnetresonanz-Angiographie (Magnetresonanzangiographie, MRA).

Für 3D-Aufnahmen konnten d​ie (vorher für In-vivo-Anwendungen unrealisierbar langen) Messzeiten v​on mehreren Stunden a​uf wenige Minuten reduziert werden. Auch Hirnfunktionen können m​it dem Verfahren i​n hoher Auflösung dynamisch kartiert werden.

Im Jahr 2010 gelang es mit einer erweiterten FLASH-Methode, die auf einer stark unterabgetasteten radialen Ortskodierung und einer iterativen Bildrekonstruktion beruht, ein robustes Verfahren für die Echtzeit-MRT zu entwickeln. Dieses FLASH-Verfahren bietet eine zeitliche Auflösung von 20 Millisekunden (1/50 Sekunde)[6][7] und kann daher beispielsweise das schlagende Herz ohne Synchronisation mit dem EKG sowie bei freier Atmung abbilden (filmen). Zusammen mit diesem erneuten Durchbruch entspricht die Beschleunigung der Bilder durch FLASH einem Faktor 10.000 im Vergleich zu den MRT-Bildern vor 1985.

Physikalisches Prinzip

Physikalisch beruht d​ie FLASH-Technik a​uf einer einfachen Gradienten-Echo-Sequenz, d​ie für d​ie Hochfrequenzanregung kleine Anregungswinkel (Kippwinkel, kleine Leistung) einsetzt u​nd mit e​iner sehr schnellen Wiederholung d​es Experimentes kombiniert. Dabei i​st die Wiederholzeit (Repetitionszeit) s​ehr viel kürzer a​ls die üblichen T1-Relaxationszeiten d​er Wasserprotonen i​m Gewebe. Auf d​iese Weise ergibt s​ich nach kurzer Zeit e​ine konstante longitudinale Gleichgewichtsmagnetisierung, d​ie anschließend über beliebig l​ange Messzeiten erhalten bleibt; s​o lassen s​ich sequentielle Einzelaufnahmen realisieren u​nd beispielsweise Filme i​n Echtzeit aufnehmen. Zudem gelingen s​ehr hoch aufgelöste dreidimensionale Aufnahmen i​n kurzer Messzeit.

Das Signal ${\displaystyle S_{\text{FLASH}}}$ der FLASH-Sequenz hängt von der Ausgangsmagnetisierung ${\displaystyle M_{0}}$, den Relaxationszeiten ${\displaystyle T_{1}}$ und ${\displaystyle T_{2}^{*}}$ des Gewebes sowie den Sequenzparametern (Echozeit ${\displaystyle T_{\text{E}}}$, Repetitionszeit ${\displaystyle T_{\text{R}}}$ und Anregungswinkel ${\displaystyle \alpha }$) ab:

${\displaystyle S_{\text{FLASH}}=M_{0}\sin(\alpha ){\frac {1-e^{-T_{\text{R}}/T_{1}}}{1-e^{-T_{\text{R}}/T_{1}}\cos(\alpha )}}e^{-T_{\text{E}}/T_{2}^{*}}.}$

Das (für e​ine vorgegebene Repetitionszeit) maximale Signal erhält m​an mit d​em Ernst-Winkel (benannt n​ach Richard R. Ernst):

${\displaystyle \alpha _{\text{Ernst}}=\arccos e^{-T_{\text{R}}/T_{1}}.}$

Weblinks

• Joseph P. Hornak: The Basics of MRI.
• Biomedizinische NMR Forschungs GmbH (Weitere Informationen über FLASH und MRT in der neurobiologischen Forschung)
• Information der Max-Planck-Gesellschaft

Einzelnachweise

1. A. Haase, J. Frahm, D. Matthaei, W. Hänicke, K. D. Merboldt: FLASH imaging. Rapid NMR imaging using low flip-angle pulses. In: Journal of Magnetic Resonance. Band 67, 1986, ISSN 0022-2364, S. 258–266, doi:10.1016/0022-2364(86)90433-6.
2. Patent DE3504734: Verfahren und Vorrichtung zur Aufnahme von Spinresonanzdaten. Angemeldet am 12. Februar 1985, veröffentlicht am 14. August 1986, Erfinder: Jens Frahm, Axel Haase, Dieter Matthaei, Wolfgang Hänicke, Klaus-Dietmar Merboldt.
3. D. Matthaei, J. Frahm, A. Haase, W. Hänicke: Regional physiological functions depicted by sequences of rapid magnetic resonance images. In: The Lancet. Band 326, 1985, ISSN 0023-7507, S. 893, doi:10.1016/S0140-6736(85)90158-8, PMID 2864605.
4. J. Frahm, A. Haase, D. Matthaei: Rapid NMR imaging of dynamic processes using the FLASH technique. In: Magnetic Resonance in Medicine. Band 3, 1986, ISSN 0740-3194, S. 321–327, doi:10.1002/mrm.1910030217, PMID 3713496.
5. J. Frahm, A. Haase, D. Matthaei: Rapid three-dimensional MR imaging using the FLASH technique. In: Journal of Computer Assisted Tomography. Band 10, 1986, ISSN 0363-8715, S. 363–368, PMID 3950172.
6. Martin Uecker, Shuo Zhang, Dirk Voit, Alexander Karaus, Klaus-Dietmar Merboldt, Jens Frahm: Real-time MRI at a resolution of 20 ms. In: NMR in Biomedicine. Band 23, Nr. 8, 2010, S. 986–994, doi:10.1002/nbm.1585.
7. Shuo Zhang, Martin Uecker, Dirk Voit, Klaus-Dietmar Merboldt, Jens Frahm: Real-time cardiovascular magnetic resonance at high temporal resolution: radial FLASH with nonlinear inverse reconstruction. In: Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance. Band 12, 2010, S. 39, doi:10.1186/1532-429X-12-39.