Resonancia magnética cardiaca en 7 Tesla
Summary
El aumento de la sensibilidad inherente a la resonancia magnética de ultra alta campo prometedor para la proyección de imagen de alta resolución espacial del corazón. Aquí, describimos un protocolo personalizado para funcionales de resonancia magnética cardiovascular (RMC) en 7 Tesla utilizando una bobina de radiofrecuencia avanzada de multicanal, campo magnético equilibrado y un concepto de activación.
Abstract
CMR en un campo muy alto (fuerza del campo magnético B0 ≥ 7 Tesla) se beneficia de la ventaja de la relación señal a ruido (SNR) inherente a mayores intensidades de campo magnético y potencialmente proporciona señal mejor contraste y resolución espacial. Mientras prometedores resultados se han obtenido, campo ultra alto CMR es un reto debido a las limitaciones de la deposición de energía y fenómenos físicos como la transmisión no-campo de uniformidades e inhomogeneidades del campo magnético. Además, el efecto magneto-hidrodinámico hace difícil la sincronización de la adquisición de datos con el movimiento cardiaco. Los desafíos están dirigidos actualmente por exploraciones en tecnología novedosa resonancia magnética. Si pueden superar todos los obstáculos, campo ultra alto CMR puede generar nuevas oportunidades para CMR funcional, caracterización de tejido miocárdico, proyección de imagen de microestructura o proyección de imagen metabólica. Reconociendo este potencial, se muestra que varios canales de radiofrecuencia (RF) tecnología adaptados para CMR en 7 Tesla junto con mayor orden B0 equilibrado y una señal de respaldo para activación cardíaca facilita la alta fidelidad CMR funcional. Con la configuración propuesta, cuantificación de cámara cardiaca se puede lograr en épocas de examen similares a los obtenidos en las intensidades de campo inferiores. Para compartir esta experiencia y para apoyar la difusión de esta experiencia, este trabajo describe la instalación y protocolo adaptado para CMR funcional en 7 Tesla.
Introduction
Resonancia magnética cardiovascular (RMC) es de valor clínico probada con una creciente gama de indicaciones clínicas1,2. En particular, la evaluación de la morfología cardiaca y función es de gran relevancia y típicamente realizado por seguimiento y visualizar que el movimiento del corazón a lo largo del ciclo cardíaco con segmentado () respiración celebrado bidimensional (2D) cinematograpic Técnicas de imagen de CINE). Mientras que se requiere una alta resolución espacio-temporal, contraste del miocardio de sangre alta y alto cociente signal-to-noise (SNR), la adquisición de datos es altamente limitada por el movimiento cardíaco y respiratorio y el uso de la respiración-sostiene múltiples así como la necesidad de de todo corazón o ventricular izquierda cobertura a menudo conduce a tiempos de la exploración extensa. La proyección de imagen paralela, simultánea imágenes multicorte u otra técnicas ayudan a abordar el movimiento de aceleración relacionados con restricciones3,4,5,6.
Por otra parte, beneficiarse de la SNR inherente ganancia en mayores campos magnéticos, sistemas de alto campo con B0 = 3 Tesla se emplean cada vez más en la rutina clínica7,8. El desarrollo también ha promovido investigaciones en campo ultra alto (B0≥7 Tesla, f≥298 MHz) CMR9,10,11,12,13,14. El aumento en la SNR y sangre-miocardio contraste inherente a la mayor intensidad de campo tiene la promesa de ser transferible en CMR funcional mejorada con una resolución espacial que supera los límites15,16, actuales 17. A su vez, nuevas posibilidades de resonancia magnética (de Sr.) basado en caracterización de tejido miocárdico, la proyección de imagen metabólica y proyección de imagen de microestructura son esperado13. Hasta ahora, varios grupos han demostrado la viabilidad de la CMR en 7 Tesla y específicamente la tecnología a medida ultra alto campo ha sido introducido17,18,19,20, 21,22. Con respecto a estos desarrollos prometedores, el potencial de campo ultra alto que CMR puede considerarse todavía sin explotar13. Al mismo tiempo, fenómenos físicos y obstáculos prácticos como inhomogeneidades del campo magnético, radio frecuencia (RF) excitación campo no-uniformidades, artefactos de resonancia, efectos dieléctricos, calentamiento de tejido localizado e intensidad de campo limitaciones de deposición de energía de RF independiente realizar proyección de imagen de campo ultra alto desafiante10,17. Estos últimos se emplean para controlar RF inducida tejido calefacción y para garantizar una operación segura. Por otra parte, Electrocardiograma (ECG) base de disparo puede ser significativamente afectada por el magneto hidrodinámica (MHD) efecto19,23,24. Para hacer frente a los problemas inducidos por la corta longitud de onda en el tejido, muchos elementos transceptor RF bobina los arreglos de discos para CMR en 7 Tesla fueron propuesto21,25,26,27. Transmisión RF paralelo proporciona medios para campo de transmisión formando, también conocido como B1+ equilibrado, que permite para reducir las inhomogeneidades del campo magnético y susceptibilidad artefactos18,28. Mientras que en la etapa actual, algunas de estas medidas podrían aumentar la complejidad experimental, los conceptos han demostrado ser útiles y pueden ser traducidos a las fuerzas del campo clínico de CMR 1.5 T o 3.
Actualmente, 2D estacionario equilibrado libre precesión (bSSFP) CINE la proyección de imagen es el estándar de referencia para clínico funcional CMR en 1.5 T y 3 T1. Recientemente, la secuencia fue empleada con éxito en 7 Tesla, pero un gran número de desafíos siendo19. Paciente específico B1+ equilibrados y más ajustes de la bobina de RF se aplicaron para gestionar restricciones de deposición de energía de RF y cuidado B0 equilibrado fue realizado para controlar la secuencia de bandas artefactos típica. Con un tiempo de exploración promedio de 93 minutos para la evaluación de función ventricular izquierda (LV), los esfuerzos prolongan los tiempos de exploración más allá de los límites clínicamente aceptables. Aquí, secuencias de eco de gradiente estropeado ofrecen una alternativa viable. En 7 Tesla, informaron tiempos de examen total de (29 ± 5) min para evaluación de la función del LV, que corresponde a protocolos clínicos imagen a menor campo fortalezas21. Por lo tanto, eco de gradiente estropeado basado en beneficios CMR de los prolongada T1 tiempos de relajación en ultra alto campo que resultan en un cambio de sangre mejorada-miocardio superior a la proyección de imagen de eco de gradiente en 1.5 T. Esto hace que las estructuras anatómicas sutiles como el pericardio, la válvula mitral y tricúspide válvulas así como los músculos papilares bien identificables. Congruentemente, cuantificación de cámara cardiaca estropeado del eco del gradiente basado en Tesla 7 concuerda estrechamente con LV parámetros derivados de la proyección de imagen de CINE 2D bSSFP en 1.5 T20. Además, precisa cuantificación de cámara (RV) ventricular derecha fue demostrada recientemente utilizando una alta resolución estropeado secuencia eco de gradiente en Tesla 729.
Reconociendo los retos y oportunidades de CMR en ultra alto campo, este trabajo presenta una instalación y protocolo modificado para requisitos particulares para la adquisición de RMC funcional en un escáner de investigación investigación de 7 Tesla. El protocolo describe los fundamentos técnicos, muestra cómo superar impedimentos y proporciona consideraciones prácticas que ayudan a mantener la sobrecarga extra experimental como mínimo. El protocolo de imagen propuesto constituye una cuádruple mejora la resolución espacial versus práctica clínica de hoy. Está destinado a proporcionar una guía para adaptadores clínicos, médico científicos, investigadores traslacionales, expertos de aplicación, señor técnicos, tecnólogos e ingresan en el campo.
Protocol
Representative Results
Discussion
Exámenes funcionales de CMR podrían llevarse a cabo con éxito en 7 Tesla. Basado en la fuerza del campo impulsada por ganancia SNR, imágenes CINE del corazón humano podrían ser adquiridos con significativamente mayor resolución espacial en comparación con 1.5 o 3 T. Mientras que un grosor de corte de 6 a 8 mm y en el plano borde voxel longitudes de 1.2 a 2.0 mm se utilizan en menor campo clínico fortalezas1,30, las mediciones en 7 Tesla podría llevarse …
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Los autores reconocen las instalaciones y la asistencia científica y técnica de la instalación de la proyección de imagen nacional en el centro de imagen avanzada, Universidad de Queensland. También nos gustaría agradecer a Graham Galloway y Ian Brereton por su ayuda obtener una beca CAESIE para Thoralf Niendorf.
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 |
Referências
- 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).
