Fast Low-Angle Shot

Der englischsprachige Begriff Fast Low-Angle Shot (FLASH) bezeichnet in der Medizin ein 1985 von Jens Frahm, Axel Haase, Wolfgang Hänicke, Klaus-Dietmar Merboldt und Dieter Matthaei eingeführtes Verfahren zur schnellen Bildgebung auf der Grundlage der Magnetresonanztomographie (MRT, auch als Kernspintomographie bekannt).<ref name="FLASH" /> Das FLASH-Patent<ref>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.‌</ref> ist eines der erfolgreichsten Patente der Max-Planck-Gesellschaft seit ihrer Gründung.

Anwendungen

FLASH hat die Messzeiten für die bildgebende Diagnostik gegenüber herkömmlichen Spin-Echo-Sequenzen erheblich verkürzt. Auf diese Weise wurden neuartige Untersuchungen möglich. Dazu zählen vor 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<ref name="Regional" /><ref name="Rapid" /> der Gewebeperfusion nach Kontrastmittelgabe (Perfusions-MRT),
• hochaufgelöste dreidimensionale MRT-Aufnahmen<ref name="three-dimensional" /> komplexer Organstrukturen (z. B. Gehirn, weibliche Brust oder Kniegelenk), sowie
• hochaufgelöste dreidimensionale Darstellungen der Blutgefäße durch Magnetresonanz-Angiographie (Magnetresonanzangiographie, MRA).

Für 3D-Aufnahmen konnten die (vorher für In-vivo-Anwendungen unrealisierbar langen) Messzeiten von mehreren Stunden auf wenige Minuten reduziert werden. Auch Hirnfunktionen können mit dem Verfahren in 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)<ref name="Real-time" /><ref name="cardiovascular" /> 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 die FLASH-Technik auf einer einfachen Gradienten-Echo-Sequenz, die für die Hochfrequenzanregung kleine Anregungswinkel (Kippwinkel, kleine Leistung) einsetzt und mit einer sehr schnellen Wiederholung des Experimentes kombiniert. Dabei ist die Wiederholzeit (Repetitionszeit) sehr viel kürzer als die üblichen T1-Relaxationszeiten der Wasserprotonen im Gewebe. Auf diese Weise ergibt sich nach kurzer Zeit eine konstante longitudinale Gleichgewichtsmagnetisierung, die anschließend über beliebig lange Messzeiten erhalten bleibt; so lassen sich sequentielle Einzelaufnahmen realisieren und beispielsweise Filme in Echtzeit aufnehmen. Zudem gelingen sehr hoch aufgelöste dreidimensionale Aufnahmen in kurzer Messzeit.

Das Signal <math>S_\text{FLASH}</math> der FLASH-Sequenz hängt von der Ausgangsmagnetisierung <math>M_0</math>, den Relaxationszeiten <math>T_1</math> und <math>T_2^*</math> des Gewebes sowie den Sequenzparametern (Echozeit <math>T_\text{E}</math>, Repetitionszeit <math>T_\text{R}</math> und Anregungswinkel <math>\alpha</math>) ab:

<math>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^*}. </math>

Das (für eine vorgegebene Repetitionszeit) maximale Signal erhält man mit dem Ernst-Winkel (benannt nach Richard R. Ernst):

<math>\alpha_\text{Ernst} = \arccos e^{-T_\text{R}/T_1}.</math>

Weblinks

• Verständliche Animation von BIGS zu Details von Pulssequenzen, wie Gradienten-Echo, Inversion Recovery oder Spin-Echosequenz
• 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

<references> <ref name="cardiovascular">  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. 12, 2010, S. 39, doi:10.1186/1532-429X-12-39. </ref> <ref name="FLASH">  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. Bd. 67, 1986, ISSN 0022-2364, S. 258–266, doi:10.1016/0022-2364(86)90433-6. </ref> <ref name="Rapid">  J. Frahm, A. Haase, D. Matthaei: Rapid NMR imaging of dynamic processes using the FLASH technique. In: Magnetic Resonance in Medicine. Bd. 3, 1986, ISSN 0740-3194, S. 321–327, doi:10.1002/mrm.1910030217, PMID 3713496. </ref> <ref name="Real-time">  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. 23, Nr. 8, 2010, S. 986–994, doi:10.1002/nbm.1585. </ref> <ref name="Regional">  D. Matthaei, J. Frahm, A. Haase, W. Hänicke: Regional physiological functions depicted by sequences of rapid magnetic resonance images. In: Lancet. Bd. 326, 1985, ISSN 0023-7507, S. 893, doi:10.1016/S0140-6736(85)90158-8, PMID 2864605.</ref> <ref name="three-dimensional">  J. Frahm, A. Haase, D. Matthaei: Rapid three-dimensional MR imaging using the FLASH technique. In: Journal of Computer Assisted Tomography. Bd. 10, 1986, ISSN 0363-8715, S. 363–368, PMID 3950172. </ref> </references>