Quantificação do Fluxo Sanguíneo Fetal Humano com Ressonância Magnética e Compensação de Movimento

Summary

Aqui apresentamos um protocolo para medir rapidamente o fluxo sanguíneo fetal com RM e realizar retrospectivamente a correção de movimento e o gating cardíaco.

Abstract

A ressonância magnética (RM) é uma importante ferramenta para a avaliação clínica da morfologia cardiovascular e da função cardíaca. É também o padrão de tratamento reconhecido para quantificação do fluxo sanguíneo com base na ressonância magnética com contraste de fase. Embora essa medição do fluxo sanguíneo tenha sido possível em adultos por décadas, métodos para estender essa capacidade ao fluxo sanguíneo fetal só recentemente foram desenvolvidos.

A quantificação do fluxo sanguíneo fetal nos principais vasos é importante para o monitoramento de patologias fetais, como cardiopatia congênita (DCC) e restrição do crescimento fetal (RCF). A DCC causa alterações na estrutura cardíaca e na vasculatura que alteram o curso do sangue no feto. Na RCF, o caminho do fluxo sanguíneo é alterado através da dilatação dos shunts, de modo que o suprimento de sangue oxigenado para o cérebro é aumentado. A quantificação do fluxo sanguíneo permite a avaliação da gravidade da patologia fetal, o que, por sua vez, permite o manejo e o planejamento adequados do paciente no útero para o pós-natal.

Os principais desafios da aplicação da ressonância magnética de contraste de fase ao feto humano incluem tamanho de vasos sanguíneos pequenos, alta frequência cardíaca fetal, potencial corrupção de dados de ressonância magnética devido à respiração materna, movimentos fetais imprevisíveis e falta de métodos convencionais de bloqueio cardíaco para sincronizar a aquisição de dados. Aqui, descrevemos desenvolvimentos técnicos recentes de nosso laboratório que permitiram a quantificação do fluxo sanguíneo fetal usando ressonância magnética com contraste de fase, incluindo avanços em imagens aceleradas, compensação de movimento e bloqueio cardíaco.

Introduction

A avaliação abrangente da circulação fetal é necessária para o monitoramento de patologias fetais como restrição do crescimento fetal (RCF) e cardiopatia congênita (DCC)^1,2,3. No útero, o manejo e o planejamento da paciente para a assistência pós-natal dependem da gravidade da patologia fetal 4,5,6,7. A viabilidade da quantificação do fluxo sanguíneo fetal com RM e suas aplicações na avaliação de patologias fetais tem sido demonstrada recentemente ^3,8,9. O método de imagem, no entanto, enfrenta desafios, como o aumento dos tempos de imagem para alcançar alta resolução espaço-temporal, a falta de métodos de sincronização cardíaca e o movimento fetal imprevisível¹⁰.

A vasculatura fetal compreende pequenas estruturas (~5 mm de diâmetro para os principais vasos sanguíneos que compreendem a aorta descendente, o canal arterial, a aorta ascendente, a artéria pulmonar principal e a veia cava superior^11,12,13). Para resolver essas estruturas e quantificar o fluxo, são necessárias imagens em alta resolução espacial. Além disso, a frequência cardíaca fetal é cerca de duas vezes a de um adulto. Uma alta resolução temporal é, portanto, também necessária para resolver o movimento cardíaco dinâmico e o fluxo sanguíneo através do ciclo cardíaco fetal. A imagem convencional nesta alta resolução espaço-temporal requer tempos de aquisição relativamente longos. Para resolver essa questão, a RM fetal acelerada^14,15,16 foi introduzida. Resumidamente, essas técnicas de aceleração envolvem subamostragem no domínio da frequência durante a aquisição de dados e reconstrução retrospectiva de alta fidelidade usando técnicas iterativas. Uma dessas abordagens é a reconstrução por sensoriamento comprimido (CS), que permite a reconstrução de imagens a partir de dados fortemente subamostrados quando a imagem reconstruída é esparsa em um domínio conhecido e os artefatos de subamostragem são incoerentes¹⁷.

O movimento na imagem fetal apresenta um grande desafio. A corrupção do movimento pode surgir do movimento respiratório materno, do movimento do volume materno ou do movimento fetal grosseiro. A respiração materna leva a traduções periódicas do feto, enquanto os movimentos fetais são mais complexos. Os movimentos fetais podem ser classificados em localizados ou brutos^10,18. Os movimentos localizados envolvem o movimento de apenas segmentos do corpo. Eles normalmente duram cerca de 10-14 s e sua frequência aumenta com a gestação (~ 90 por hora a termo)¹⁰. Esses movimentos geralmente causam pequenas corrupções e não afetam a área de imagem de interesse. No entanto, os movimentos fetais grosseiros podem levar a uma grave corrupção da imagem com componentes de movimento plano. Esses movimentos são movimentos de corpo inteiro mediados pela coluna vertebral e duram de 60 a 90 s.

Para evitar artefatos do movimento fetal, primeiro são tomadas medidas para minimizar os movimentos maternos. As gestantes tornam-se mais relaxadas com travesseiros de apoio na cama do scanner e vestidas com aventais confortáveis, podendo ter seus parceiros presentes ao lado do scanner para reduzir a claustrofobia^19,20. Para mitigar os efeitos do movimento respiratório materno, estudos têm realizado exames de RM fetal sob apneia materna^21,22,23. No entanto, tais aquisições devem ser curtas (~ 15 s), dada a tolerância reduzida à apneia de indivíduos grávidas. Recentemente, métodos retrospectivos de correção de movimento têm sido introduzidos para a RM fetal^14,15,16. Esses métodos rastreiam o movimento fetal usando kits de ferramentas de registro e corrigem o movimento ou descartam partes incorrigíveis dos dados adquiridos.

Finalmente, as imagens de RM cardíaca pós-natal são adquiridas convencionalmente usando o bloqueio por eletrocardiograma (ECG) para sincronizar a aquisição de dados com o ciclo cardíaco. Sem o gating, o movimento cardíaco e o fluxo pulsátil de todo o ciclo cardíaco são combinados, produzindo artefatos. Infelizmente, o sinal do ECG fetal sofre interferência do sinal do ECG materno²⁴ e distorções do campo magnético²⁵. Assim, abordagens alternativas não invasivas para o gating cardíaco fetal têm sido propostas, incluindo auto-gating, metric optimized gating (MOG) e doppler ultrasound gating^21,26,27,28.

Conforme descrito nas seções a seguir, nossa abordagem de ressonância magnética para quantificar o fluxo sanguíneo fetal aproveita um novo método de gating, o MOG, desenvolvido em nosso laboratório e combinado com correção de movimento e reconstrução iterativa de aquisições aceleradas de ressonância magnética. A abordagem é baseada em um pipeline em um estudo publicado anteriormente¹⁴ e é composta pelos seguintes cinco estágios: (1) aquisição do fluxo sanguíneo fetal, (2) reconstruções em tempo real, (3) correção de movimento, (4) bloqueio cardíaco e (5) reconstruções fechadas.

Protocol

Todas as ressonâncias magnéticas foram realizadas com o consentimento informado dos voluntários, como parte de um estudo aprovado pelo nosso conselho de ética em pesquisa institucional. NOTA: Os métodos descritos abaixo foram utilizados num sistema de RM 3T. A aquisição é realizada por meio de uma sequência de ressonância magnética com contraste de fase radial. Esta sequência foi preparada modificando a trajetória de leitura (para atingir um padrão estrelado) da RM de contraste d…

Representative Results

Em geral, os exames de RM de fase do fluxo têm como alvo seis grandes vasos fetais: aorta descendente, aorta ascendente, artéria pulmonar principal, canal arterial, veia cava superior e veia umbilical. Esses vasos são de interesse do clínico, pois muitas vezes estão implicados na DCC e na RCF, influenciando a distribuição do sangue por todo o feto9. Uma duração típica de varredura com a ressonância nuclear magnética (RNM) com contraste de fase radial é de 17 s por vaso, de modo que os…

Discussion

Este método permite a medição não invasiva do fluxo sanguíneo em grandes vasos fetais humanos e permite a correção retrospectiva do movimento e o bloqueio cardíaco, fazendo uso de técnicas de reconstrução iterativa. A quantificação do fluxo sanguíneo fetal foi realizada com RM nos últimos 1,3,8,9. Esses estudos tiveram uma abordagem prospectiva pa…

Materials

elastix	Image Sciences Institute, University Medical Center Utrecht		Image registration software
Geforce GTX 960	Nvidia	04G-P4-3967-KR
gpuNUFFT	CAI²R		Non-uniform fast Fourier transform
MAGNETOM Prisma	Siemens	10849583
MATLAB	MathWorks
Radial Phase Contrast MRI sequence			Trajectory modification of manufacturer's Cartesian Phase Contrast sequence
Segment	Medvisio		Data analysis
VENGEANCE	Corsair	LPX DDR4-2666