자기 공명 영상 및 모션 보상을 통한 인간 태아 혈류 정량화
Summary
여기에서는 MRI로 태아의 혈류를 빠르게 측정하고 동작 보정 및 심장 게이팅을 후향적으로 수행하는 프로토콜을 제시합니다.
Abstract
자기 공명 영상 (MRI)은 심혈관 형태 및 심장 기능의 임상 평가에 중요한 도구입니다. 또한 위상차 MRI를 기반으로 한 혈류 정량화에 대해 인정된 표준 치료입니다. 이러한 혈류 측정은 수십 년 동안 성인에서 가능했지만이 기능을 태아 혈류로 확장하는 방법은 최근에야 개발되었습니다.
주요 혈관의 태아 혈류 정량화는 선천성 심장병(CHD) 및 태아 성장 제한(FGR)과 같은 태아 병리를 모니터링하는 데 중요합니다. CHD는 태아의 혈액 경로를 변화시키는 심장 구조와 혈관계의 변화를 일으 킵니다. FGR에서는 션트의 확장을 통해 혈류 경로가 변경되어 뇌로의 산소 혈액 공급이 증가합니다. 혈류 정량화는 태아 병리의 중증도를 평가할 수있게하여 자궁 환자 관리 및 산후 관리 계획에 적합합니다.
위상차 MRI를 인간 태아에 적용할 때의 주요 과제에는 작은 혈관 크기, 높은 태아 심박수, 산모 호흡으로 인한 잠재적인 MRI 데이터 손상, 예측할 수 없는 태아 움직임, 데이터 획득을 동기화하는 기존 심장 게이팅 방법의 부족이 포함됩니다. 여기에서는 가속 영상, 동작 보정 및 심장 게이팅의 발전을 포함하여 위상차 MRI를 사용하여 태아 혈류를 정량화할 수 있게 한 우리 실험실의 최근 기술 개발에 대해 설명합니다.
Introduction
태아 성장 제한(FGR) 및 선천성 심장병(CHD)1,2,3과 같은 태아 병리를 모니터링하려면 태아 순환에 대한 포괄적인 평가가 필요합니다. 자궁에서 산후 관리를위한 환자 관리 및 계획은 태아 병리 4,5,6,7의 중증도에 따라 다릅니다. MRI를 이용한 태아 혈류 정량화의 타당성과 태아 병리 평가에서의 응용이 최근 입증되었습니다 3,8,9. 그러나 이미징 방법은 높은 시공간 해상도를 달성하기 위한 이미징 시간 증가, 심장 동기화 방법의 부족, 예측할 수 없는 태아 움직임10과 같은 문제에 직면해 있습니다.
태아 혈관계는 작은 구조(하행 대동맥, 동맥관, 상행 대동맥, 주요 폐동맥 및 상대정맥11,12,13을 구성하는 주요 혈관의 경우 ~5mm 직경)로 구성됩니다. 이러한 구조를 해결하고 흐름을 정량화하려면 높은 공간 분해능의 이미징이 필요합니다. 또한 태아의 심박수는 성인의 약 두 배입니다. 따라서 태아 심장 주기를 가로지르는 동적 심장 운동과 혈류를 해결하기 위해서는 높은 시간적 분해능도 필요합니다. 이러한 높은 시공간 해상도의 기존 이미징은 상대적으로 긴 획득 시간이 필요합니다. 이 문제를 해결하기 위해 가속 태아 MRI14,15,16이 도입되었습니다. 간단히 말해서, 이러한 가속 기술은 데이터 수집 중에 주파수 영역에서 언더샘플링하고 반복 기술을 사용한 후향적 고충실도 재구성을 포함합니다. 하나의 그러한 접근법은 압축 감지(CS) 재구성이며, 이는 재구성된 이미지가 알려진 도메인에서 희소하고 언더샘플링 아티팩트가 일관성이 없을 때 심하게 언더샘플링된 데이터로부터 이미지의 재구성을 허용한다(17).
태아 영상에서 움직임은 큰 도전 과제입니다. 운동 손상은 산모의 호흡 운동, 산모의 대량 운동 또는 태아의 총 움직임으로 인해 발생할 수 있습니다. 모성 호흡은 태아의 주기적 번역으로 이어지는 반면 태아의 움직임은 더 복잡합니다. 태아의 움직임은 국소화 또는 총10,18로 분류 할 수 있습니다. 국부적 인 움직임은 신체의 일부의 움직임만을 포함합니다. 일반적으로 약 10-14초 동안 지속되며 임신 기간과 함께 빈도가 증가합니다(임기 시 시간당 ~90회)10. 이러한 움직임은 일반적으로 작은 손상을 일으키며 관심 이미징 영역에 영향을 미치지 않습니다. 그러나 태아의 심한 움직임은 평면 모션 구성 요소를 통해 심각한 이미지 손상을 초래할 수 있습니다. 이러한 움직임은 척추에 의해 매개되는 전신 움직임이며 60-90 초 동안 지속됩니다.
태아의 움직임으로 인한 인공물을 피하기 위해 먼저 산모의 움직임을 최소화하기 위한 조치를 취합니다. 임산부는 스캐너 침대에서지지 베개를 사용하고 편안한 가운을 입고 밀실 공포증을 줄이기 위해 스캐너 옆에 파트너가있을 수 있습니다19,20. 산모의 호흡 운동의 영향을 완화하기 위해 연구에서는 산모의 호흡 유지21,22,23에서 태아 MR 검사를 수행했습니다. 그러나 이러한 획득은 임신 한 피험자의 호흡 참기 내성 감소를 고려할 때 짧아야합니다 (~ 15 초). 최근에는 태아 MRI14,15,16에 대한 후향적 동작 보정 방법이 도입되었습니다. 이러한 방법은 등록 툴킷을 사용하여 태아의 움직임을 추적하고 움직임을 수정하거나 획득한 데이터의 수정할 수 없는 부분을 폐기합니다.
마지막으로, 출생 후 심장 MR 이미지는 일반적으로 데이터 수집을 심장 주기와 동기화하기 위해 심전도(ECG) 게이팅을 사용하여 획득됩니다. 게이팅이 없으면 심장 주기 전체의 심장 운동과 박동성 흐름이 결합되어 인공물을 생성합니다. 불행하게도, 태아 ECG 신호는 모체 ECG 신호(24)로부터의 간섭 및 자기장(25)으로부터의 왜곡을 겪는다. 따라서, 자가 게이팅, 메트릭 최적화 게이팅(MOG) 및 도플러 초음파 게이팅21,26,27,28을 포함하는 태아 심장 게이팅에 대한 대안적인 비침습적 접근법이 제안되었다.
다음 섹션에서 설명한 바와 같이, 태아 혈류를 정량화하기 위한 당사의 MRI 접근 방식은 당사 실험실에서 개발되고 동작 보정 및 가속화된 MRI 획득의 반복 재구성과 결합된 새로운 게이팅 방법인 MOG를 활용합니다. 이 접근법은 이전에 발표된 연구(14)의 파이프라인을 기반으로 하며, 다음의 5단계로 구성된다: (1) 태아 혈류 획득, (2) 실시간 재구성, (3) 동작 보정, (4) 심장 게이팅, 및 (5) 게이트 재구성.
Protocol
Representative Results
Discussion
이 방법은 인간 태아 대 혈관에서 혈류의 비 침습적 측정을 가능하게하고 반복적 인 재건 기술을 사용하여 후 향적 동작 보정 및 심장 게이팅을 허용합니다. 태아 혈류 정량화는 과거 1,3,8,9에서 MRI로 수행되었습니다. 이러한 연구에는 스캐너의 초기 재구성에서 총 태아 움직?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
없음.
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 |
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