Магнитно-резонансная томография сердца на 7 Тесла
Summary
Присущие сверхвысоких Поле магнитного резонанса выгоды чувствительность перспективным для высокое пространственное разрешение изображений сердца. Здесь мы описываем протокол, настроенные для функциональных сердечно-магнитного резонанса (КДПГ) на 7 Тесла, используя передовые многоканального радио частоты катушки, шиммирования магнитного поля и активируя концепции.
Abstract
КДПГ в ультра-высокое поле (магнитного поля B ≥0 7 Тесла) выгоды от присущего на более сильные магнитные поля преимущество Соотношение сигнал шум (SNR) и потенциально обеспечивает улучшение сигнала контраст и пространственным разрешением. Обещая, что результаты были достигнуты, ультра-высокое поле КДПГ является сложной задачей из-за ограничений осаждения энергии и физические явления, как передачи поля не равномерность и неоднородности магнитного поля. Кроме того магнито гидродинамический эффект затрудняет синхронизации сбора данных с сердечной движения. Проблемы решаются в настоящее время исследования в технологии Роман магнитного резонанса. Если все препятствия могут быть преодолены, ультра-высокое поле КДПГ может создавать новые возможности для функциональных КДПГ, характеристика ткани миокарда, микроструктура изображений или метаболических изображений. Признавая этот потенциал, мы показываем, что многоканальный радиочастотного (RF) катушки технологии специально для КДПГ на 7 Тесла вместе с выше порядке B0 опору и резервного копирования сигнал для сердца срабатывания способствует высокой верности функциональных КДПГ. С предлагаемой установки количественная оценка сердечной камеры может осуществляться в экзамен раз аналогичны достигнутый на нижней прочностями поля. Чтобы поделиться этим опытом и содействовать распространению этого опыта, эта работа описывает наши установки и протокол специально для функциональных КДПГ на 7 Тесла.
Introduction
Сердечно-сосудистые магнитного резонанса (CMR) имеет доказанные клиническое значение с растущий спектр клинических признаков1,2. В частности оценки сердечной морфологии и функция имеет большое значение и обычно понял путем отслеживания и визуализации, что сердце движения на протяжении всего сердечного цикла с использованием сегментирована дыхание проведены двухмерный (2D) cinematograpic ( Методы визуализации CINE). Хотя требуются высокое пространственно временных резолюции, высокой крови миокард контрастность и высокое соотношение сигнал шум (SNR), сбор данных ограничивается очень сердечной и дыхательной движения и использования нескольких дыхание держит, а также необходимость для всего сердца или слева желудочковая охват часто приводит к обширной сканирования раз. Параллельной обработки изображений, одновременное многослойная томография или другие ускорение технологии помогают решать движение связанных ограничений3,4,5,6.
Кроме того, чтобы выгоду от присущего SNR получить на более высоких магнитных полей, высокое поле систем с B0 = 3 Тесла все чаще используются в клинической рутинной7,,8. Развитие также призвал в ультра-высокое поле расследования (B0≥7 Тесла, f≥298 МГц) CMR9,10,11,12,,1314. Выигрыш в SNR и крови миокард контрастность присущие выше прочность поля обещает быть передаваемой в расширенной функциональной КДПГ, с использованием пространственного разрешения, которое превышает сегодня в пределах15,16, 17. В свою очередь, новые возможности для магнитный резонанс (МР) на основе характеристик ткани миокарда, метаболические изображений и изображений микроструктуры ожидается13. До настоящего времени несколько групп продемонстрировали, что целесообразность КДПГ на 7 Тесла и конкретно с учетом ультра-высокое поле технология была введена,17,18,19,20 21,22. Что касается эти многообещающие события, потенциал сверхвысокой поле, которое можно считать КДПГ еще неиспользованные13. В то же время, физические явления и практических препятствий, таких как неоднородности магнитного поля, радиочастотного (RF) возбуждения поля не равномерность, артефакты-резонанса, диэлектрической эффекты, локализованные ткани Отопление и прочность поля независимые RF Мощность осаждения ограничения делают изображений на ультра-высокое поле сложной10,17. Последние используются для управления РФ индуцированных ткани Отопление и обеспечения безопасной эксплуатации. Кроме того Электрокардиограмма (ЭКГ) на основе инициирования может быть существенно затронуты магнито гидродинамические (МГД) эффект19,23,24. Для решения проблем, вызванных короткие волны в ткани, многие элемент трансивер РФ катушки массивы специально для КДПГ на 7 Тесла были предложенные21,25,,2627. Параллельной передаче РФ предоставляет средства для передачи поля шейпинг, также известный как B-1+ опору, которая позволяет сократить неоднородности магнитного поля и восприимчивость артефакты18,28. Хотя на данном этапе, некоторые из этих мер может увеличить сложность экспериментальной, понятия оказались полезными и могут быть переведены в клинической области сильных КДПГ 1.5 T или 3 т.
В настоящее время 2D сбалансированного устойчивого состояния бесплатно прецессии (bSSFP) CINE изображений является стандартом ведения клинической функциональной КДПГ в 1,5 Т и 3 T1. Недавно последовательность успешно работал на 7 Тесла, но большое количество проблем остаются19. Пациента конкретных B1+ опору и дополнительных корректировок катушки РФ были применены для управления RF Мощность осаждения ограничений и тщательного шиммирования0 B была исполнена управлять последовательностью типичный диапазонов артефактов. С средний сканирования 93 минут оценки функции левого желудочка (LV) усилия продлен раз экспертиза клинически приемлемые пределы. Здесь избалованный градиент эхо последовательности обеспечивают жизнеспособной альтернативой. На 7 Тесла общее обследование раз (29 ± 5) мин для LV функции оценки сообщалось, что также соответствует клинических изображений протоколов в нижнем поле сильные21. Таким образом избалованный градиент эхо на основе КДПГ выгоды от длительного T1 времена релаксации в ультра-высокое поле приводящих к расширенной крови миокард контраст, превосходит градиента эхо изображений на 1,5 т. Это делает хорошо идентифицируемой тонкие анатомических структур, таких как перикарда, митрального и трёхстворчатого клапанов, а также папиллярных мышц. Congruously избалованный градиент эхо на основе количественной оценки сердечной камеры на 7 Тесла тесно соглашается с параметрами LV, производный от 2D bSSFP CINE изображений на 1,5 T20. Кроме того Точная право желудочковая количественной камеры (RV) недавно была продемонстрирована что возможно с помощью с высоким разрешением испортил градиента эхо последовательности 7 Тесла29.
Признавая проблемы и возможности КДПГ в ультра-высокое поле, эта работа представляет собой установки и протокол, настроенные для функциональных КДПГ приобретений на исследуемых 7 Тесла исследований сканера. Протокол описывает технических основ, показывает как препятствия могут быть преодолены и предоставляет практические соображения, которые помогают сохранить загородный экспериментальный накладных расходов на минимальном уровне. Предлагаемый протокол изображений представляет собой четырехкратное увеличение пространственного разрешения по сравнению с сегодняшней клинической практике. Он предназначен для обеспечения руководства для клинической адаптеров, врач ученых, поступательные исследователей, экспертов приложений, MR рентгенологи, технологов и новых участников в поле.
Protocol
Representative Results
Discussion
Обследования функциональные КДПГ может быть успешно на 7 Тесла. Основываясь на инициативе SNR усиления напряженности поля, CINE изображения человеческого сердца могут быть приобретены с значительно более высоким пространственным разрешением, по сравнению с 1,5 или 3 т. Хотя толшины края 6-8 ?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Авторы признают, зал и научной и технической помощи национальным визуализации объекта в центре для Advanced Imaging, университет Квинсленда. Мы также хотели бы поблагодарить Грэм Galloway и Ian Бреретон за их помощь, чтобы получить грант CAESIE Thoralf Ниндорфа.
Materials
| 7 Tesla MRI system | Siemens | Investigational Device | |
| 32-Channel -1H-Cardiac Coil | MRI.Tools GmbH | Transmit/Receive RF Coil for MR Imaging and Spectroscopy at 7.0 Tesla | |
| ECG Trigger Device | Siemens | ||
| Pulse Trigger Device | Siemens |
References
- Kramer, C. M., et al. Standardized cardiovascular magnetic resonance (CMR) protocols 2013 update. Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance. 15 (1), 1 (2013).
- Earls, J. P., Ho, V. B., Foo, T. K., Castillo, E., Flamm, S. D. Cardiac MRI: Recent progress and continued challenges. Journal of Magnetic Resonance Imaging. 16 (2), 111-127 (2002).
- Wintersperger, B. J., et al. Cardiac CINE MR imaging with a 32-channel cardiac coil and parallel imaging: Impact of acceleration factors on image quality and volumetric accuracy. Journal of Magnetic Resonance Imaging. 23 (2), 222-227 (2006).
- Schmitt, M., et al. A 128-channel receive-only cardiac coil for highly accelerated cardiac MRI at 3 Tesla. Magnetic Resonance in Medicine. 59 (6), 1431-1439 (2008).
- Wech, T., et al. High-resolution functional cardiac MR imaging using density-weighted real-time acquisition and a combination of compressed sensing and parallel imaging for image reconstruction. RöFo: Fortschritte Auf Dem Gebiete Der Röntgenstrahlen Und Der Nuklearmedizin. 182 (8), 676-681 (2010).
- Stäb, D., et al. CAIPIRINHA accelerated SSFP imaging. Magnetic Resonance in Medicine. 65 (1), 157-164 (2011).
- Gutberlet, M., et al. Influence of high magnetic field strengths and parallel acquisition strategies on image quality in cardiac 2D CINE magnetic resonance imaging: comparison of 1.5 T vs. 3.0 T. European Radiology. 15 (8), 1586-1597 (2005).
- Gutberlet, M., et al. Comprehensive cardiac magnetic resonance imaging at 3.0 Tesla: feasibility and implications for clinical applications. Investigative radiology. 41 (2), 154-167 (2006).
- Kraff, O., Fischer, A., Nagel, A. M., Mönninghoff, C., Ladd, M. E. MRI at 7 tesla and above: Demonstrated and potential capabilities: Capabilities of MRI at 7T and Above. Journal of Magnetic Resonance Imaging. 41 (1), 13-33 (2015).
- Moser, E., Stahlberg, F., Ladd, M. E., Trattnig, S. 7-T MR-from research to clinical applications?. NMR in Biomedicine. 25 (5), 695-716 (2012).
- Hecht, E. M., Lee, R. F., Taouli, B., Sodickson, D. K. Perspectives on Body MR Imaging at Ultrahigh Field. Magnetic Resonance Imaging Clinics of North America. 15 (3), 449-465 (2007).
- Niendorf, T., et al. W(h)ither human cardiac and body magnetic resonance at ultrahigh fields? technical advances, practical considerations, applications, and clinical opportunities: Advances in ultrahigh field Cardiac and Body Magnetic Resonance. NMR in Biomedicine. 29 (9), 1173-1179 (2016).
- Niendorf, T., Sodickson, D. K., Krombach, G. A., Schulz-Menger, J. Toward cardiovascular MRI at 7 T: clinical needs, technical solutions and research promises. European Radiology. 20 (12), 2806-2816 (2010).
- Niendorf, T., et al. Progress and promises of human cardiac magnetic resonance at ultrahigh fields: A physics perspective. Journal of Magnetic Resonance. 229, 208-222 (2013).
- Hinton, D. P., Wald, L. L., Pitts, J., Schmitt, F. Comparison of Cardiac MRI on 1.5 and 3.0 Tesla Clinical Whole Body Systems. Investigative Radiology. 38 (7), 436-442 (2003).
- Ohliger, M. A., Grant, A. K., Sodickson, D. K. Ultimate intrinsic signal-to-noise ratio for parallel MRI: Electromagnetic field considerations. Magnetic resonance in medicine. 50 (5), 1018-1030 (2003).
- Vaughan, J. T., et al. Whole-body imaging at 7T: Preliminary results. Magnetic Resonance in Medicine. 61 (1), 244-248 (2009).
- Hezel, F., Thalhammer, C., Waiczies, S., Schulz-Menger, J., Niendorf, T. High Spatial Resolution and Temporally Resolved T2* Mapping of Normal Human Myocardium at 7.0 Tesla: An Ultrahigh Field Magnetic Resonance Feasibility Study. PLOS ONE. 7 (12), e52324 (2012).
- Suttie, J. J., et al. 7 Tesla (T) human cardiovascular magnetic resonance imaging using FLASH and SSFP to assess cardiac function: validation against 1.5 T and 3 T. NMR in biomedicine. 25 (1), 27-34 (2012).
- von Knobelsdorff-Brenkenhoff, F., et al. Cardiac chamber quantification using magnetic resonance imaging at 7 Tesla-a pilot study. European Radiology. 20 (12), 2844-2852 (2010).
- Winter, L., et al. Comparison of three multichannel transmit/receive radiofrequency coil configurations for anatomic and functional cardiac MRI at 7.0T: implications for clinical imaging. European Radiology. 22 (10), 2211-2220 (2012).
- Schmitter, S., et al. Cardiac imaging at 7 tesla: Single- and two-spoke radiofrequency pulse design with 16-channel parallel excitation: Cardiac Imaging at 7T. Magnetic Resonance in Medicine. 70 (5), 1210-1219 (2013).
- Krug, J., Rose, G., Stucht, D., Clifford, G., Oster, J. Limitations of VCG based gating methods in ultra high field cardiac MRI. Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance. 15 (Suppl 1), W19 (2013).
- Stäb, D., Roessler, J., O’Brien, K., Hamilton-Craig, C., Barth, M. ECG Triggering in Ultra-High Field Cardiovascular MRI. Tomography. 2 (3), 167-174 (2016).
- Gräßl, A., et al. Design, evaluation and application of an eight channel transmit/receive coil array for cardiac MRI at 7.0T. European Journal of Radiology. 82 (5), 752-759 (2013).
- Graessl, A., et al. Modular 32-channel transceiver coil array for cardiac MRI at 7.0T. Magnetic Resonance in Medicine. 72 (1), 276-290 (2014).
- Snyder, C. J., et al. Initial results of cardiac imaging at 7 tesla. Magnetic Resonance in Medicine. 61 (3), 517-524 (2009).
- Meloni, A., et al. Detailing magnetic field strength dependence and segmental artifact distribution of myocardial effective transverse relaxation rate at 1.5, 3.0, and 7.0 T: Magnetic Field Dependence of Myocardial R 2 *. Magnetic Resonance in Medicine. 71 (6), 2224-2230 (2014).
- von Knobelsdorff-Brenkenhoff, F., et al. Assessment of the right ventricle with cardiovascular magnetic resonance at 7 Tesla. Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance. 15, 23 (2013).
- Petersen, S. E., et al. Reference ranges for cardiac structure and function using cardiovascular magnetic resonance (CMR) in Caucasians from the UK Biobank population cohort. Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance. 19 (1), (2017).
- Frauenrath, T., et al. Feasibility of cardiac gating free of interference with electro-magnetic fields at 1.5 Tesla, 3.0 Tesla and 7.0 Tesla using an MR-stethoscope. Investigative radiology. 44 (9), 539-547 (2009).
- Frauenrath, T., et al. Acoustic cardiac triggering: a practical solution for synchronization and gating of cardiovascular magnetic resonance at 7 Tesla. Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance. 12 (1), 67 (2010).
- Schroeder, L., et al. A Novel Method for Contact-Free Cardiac Synchronization Using the Pilot Tone Navigator. Proceedings of the International Society for Magnetic Resonance in Medicine. 24, 3103 (2016).
