In-Phase und Out-of-Phase Sequenz

Gleichartige Atomkerne, die in unterschiedlichen Molekülen oder Molekülorten gebunden sind, weisen eine leicht unterschiedliche Resonanzfrequenz auf. Dies wird als chemische Verschiebung ("chemical shift") bezeichnet. Die Verschiebung wird in Hertz angegeben und ist proportional zur Magnetfeldstärke. So weisen Wasserstoffatome (H⁺), die entweder in Wasser oder in Fetten (z.B. in langkettigen Fettsäuren wie Triglyzeriden) vorkommen, bei einer äußeren Feldstärke von 1,5 Tesla eine Verschiebung von 225 Hz auf.

Bei einer Magnetfeldstärke von 1,5 T befinden sich Wasserstoffatome in Wasser und in Fett, die im selben Voxel sind, zu Beginn der transversalen Relaxation in Phase (IP). 2,2 ms nach Anregung (Echozeit) sind sie um genau 180° entgegengesetzt, also außer Phase (OOP). Nach einer Echozeit von 4,4 ms sind sie wieder in Phase. Dieser Ablauf setzt sich oszillierend fort, die Dauer einer Periode ergibt sich aus dem Kehrwert der chemischen Verschiebung (1/225 Hz = 4,4 ms).

Bei In-Phase addieren sich die Protonenmagnetisierung von Wasser und Fett zu einem starken Signal, während es sich in der Out-of-Phase gegenseitig auslöscht. Enthält eine Läsion Fett, zeigt sich entsprechend ein Signalabfall in der OOP verglichen mit dem IP-Bild.

Die Hauptanwendung der IP-OOP-Sequenzen besteht darin, den pathologischen (mikroskopischen) Fettgehalt von Geweben zu erkennen, indem dort die Signalintensität auf den OOP-Bildern im Vergleich zu den IP-Bildern verringert ist. Diese Untersuchung findet u.a. bei folgenden Erkrankungen Anwendung:

• Steatosis hepatis
• Nebennierenadenome
• Adrenale Myelolipome
• Lipidarme Angiomyolipome (India-Ink-Artefakt)
• Nierenzellkarzinom
• Thymushyperplasie

Weiterhin sind IP/OOP-Sequenzen hilfreich bei der Differenzierung zwischen einer osteoporotischen und einer pathologischen Fraktur, insbesondere im Bereich der Wirbelkörper. Bei zugrundeliegender Neoplasie zeigt sich ein persistierend hohes Signal in der Opposed-Phase.

Die chemische Verschiebung kommt auch zur Fettsuppression in Form von DIXON-Sequenzen zum Einsatz: Hierbei wird ein Bilddatensatz unter Out-of-Phase-Bedingungen ("Wasser minus Fett") und ein zweiter unter In-Phase-Bedingungen ("Wasser plus Fett") akquiriert. Durch Addition der beiden Aufnahmen kann ein Wasserbild und durch Subtraktion der ersten Aufnahme von der zweiten kann ein reines Wasser- und reines Fettbild rekonstruiert werden.

Eine modifizierte Dixon-Technik zur Fettsuppression ist die IDEAL-Technik ("iterative decomposition of water and fat with echo asymmetry and least-squares estimation"). Sie ermöglicht eine homogene Fettsuppression in allen Körperregionen bei gleichzeitigem Erhalt des Signal-Rausch-Verhältnisses und der Bildqualität.