JoVE Journal > Medicine
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Resultados
Discussion
Declarações
Acknowledgements
Materials
Referências
Tadução automática
Medicina

Hjerte Magnetic Resonance Imaging på 7 Tesla

Published: January 06, 2019
doi:
10.3791/55853
, , , , , , ,
1The Centre for Advanced Imaging,The University of Queensland, Brisbane, Australia, 2Department of Diagnostic and Interventional Radiology,University Clinic Würzburg, Würzburg, Germany, 3Siemens Healthcare Pty Ltd, Brisbane, Australia, 4Richard Slaughter Centre of Excellence in CVMRI,The Prince Charles Hospital, Brisbane, Australia, 5MRI.Tools GmbH, Berlin, Germany

Summary

Følsomhed gevinst forbundet til ultrahigh felt magnetisk resonans holder løfte for højt rumlige opløsning billeddannelse af hjertet. Her, beskriver vi en protokol, der er tilpasset til funktionelle hjerte-kar-magnetisk resonans (CMR) på 7 Tesla ved hjælp af en avanceret multi-kanal radio-frekvens coil, magnetfelt shims og en udløsende koncept.

Abstract

CMR på en ultrahøj felt (magnetisk feltstyrke B0 ≥ 7 Tesla) nyder godt af signal-støj-forhold (SNR) fordel iboende på højere magnetisk feltstyrke og potentielt giver forbedret signal kontrast og rumlige opløsning. Mens lovende resultater er opnået, er ultra-høj felt CMR udfordrende på grund af energi deposition begrænsninger og fysiske fænomener som transmission felt ikke-uniformities og magnetisk felt inhomogeneities. Derudover gør magneto-Hydrodynamisk effekten synkronisering af dataopsamling med hjerte bevægelse vanskeligt. Udfordringerne behandles i øjeblikket af udforskninger i romanen magnetisk resonans teknologi. Hvis alle hindringer kan overvindes, kan ultra-høj felt CMR generere nye muligheder for funktionelle CMR, myokardial væv karakterisering, mikrostruktur imaging eller metaboliske billeddannelse. I erkendelse af dette potentiale, viser vi, at multi-kanals radio frekvens (RF) coil teknologi skræddersyet til CMR på 7 Tesla sammen med højere orden B0 shims og en backup signal for hjerte udløser letter high fidelity funktionelle CMR. Med den foreslåede setup, kan hjerte kammer kvantificering ske i undersøgelse gange svarende til dem, der opnås ved lavere Feltstyrker. At dele denne erfaring og støtte udbredelsen af denne ekspertise beskriver dette arbejde vores setup og skræddersyet til funktionelle CMR på 7 Tesla-protokollen.

Introduction

Hjerte-kar-magnetisk resonans (CMR) har dokumenteret klinisk værdi med en voksende vifte af kliniske indikationer1,2. Navnlig evalueringen af cardiac morfologi og funktion er af stor relevans og typisk realiseret af sporing og visualisere hjerte bevægelse i hele hele hjertets cyklus ved hjælp af segmenteret ånde-afholdt todimensionale (2D) cinematograpic ( CINE) Billeddannende teknikker. Mens en høj spatio-temporal opløsning, høj blod-myokardiet kontrast og høj signal-støj-forhold (SNR) er påkrævet, er til dataopsamling meget begrænset af den kardiale og respiratorisk bevægelse og brug af flere ånde-holder samt behovet for for hele hjerte eller venstre ventrikel fører dækning ofte til omfattende scanning gange. Parallelle imaging, simultan multi skive imaging eller andre acceleration teknikker bidrage til at løse forslaget vedrørende begrænsninger3,4,5,6.

Desuden, at drage fordel af den iboende SNR vinde på højere magnetfelter, høj felt systemer med B0 = 3 Tesla er stadig ansat i klinisk rutinemæssig7,8. Udviklingen har også tilskyndet undersøgelser af ultra-høj felt (B0≥7 Tesla, f≥298 MHz) CMR9,10,11,12,13,14. Gevinst i SNR og blod-myokardiet kontrast iboende til højere feltstyrke holder løftet om at være kan overføres til øget funktionel CMR ved hjælp af en rumlig opløsning, der overstiger dagens grænser15,16, 17. til gengæld nye muligheder for magnetisk resonans (MR) baseret Myokardie væv karakterisering, metabolisk imaging og mikrostruktur imaging er forventede13. Hidtil har har flere grupper påvist muligheden for CMR på 7 Tesla og specielt skræddersyet ultrahøj ager teknologi har været indført17,18,19,20, 21,22. Med hensyn til disse lovende udviklinger, potentialet i ultra-høj felt CMR kan anses for at være endnu uudnyttede13. På samme tid, fysiske fænomener og praktiske hindringer såsom magnetisk felt inhomogeneities, radiofrekvens (RF) excitation felt ikke-uniformities, off-resonans artefakter, dielektrisk effekter, lokaliserede væv varme og feltstyrke uafhængige RF power deposition begrænsninger gøre imaging på ultra-høj felt udfordrende10,17. Sidstnævnte er ansat til at styre RF induceret væv opvarmning og garantere en sikker drift. Endvidere kan elektrokardiogram (EKG) baseret udløsning være betydeligt påvirket af magneto-Hydrodynamisk (MHD) virkning19,23,24. For at løse de udfordringer fremkaldt af den korte bølgelængde i væv, var mange-element transceiver RF coil arrays skræddersyet til CMR på 7 Tesla foreslåede21,25,26,27. Parallelle RF transmission giver midler til transmission felt shaping, også kendt som B1+ shims, som gør det muligt for at reducere den magnetiske felt inhomogeneities og modtagelighed artefakter18,28. På nuværende tidspunkt, nogle af disse foranstaltninger kan øge den eksperimentelle kompleksitet, begreberne, der har vist sig nyttige og kan oversættes til de kliniske Feltstyrker CMR 1,5 T eller 3 T.

2D afbalanceret steady state gratis præcession (bSSFP) CINE imaging er i øjeblikket, standarden reference til klinisk funktionelle CMR på 1,5 T og 3 T1. For nylig sekvensen var med held ansat på 7 Tesla, men et stort antal udfordringer forbliver19. Patientens specifikke B1+ shims og ekstra RF coil justeringer blev anvendt for at styre RF power deposition begrænsninger og omhyggelig B0 shims blev udført for at styre rækkefølgen typisk banding artefakter. Med en gennemsnitlig scan tid af 93 minutter for venstre ventrikel (LV) funktion vurdering langvarig indsats undersøgelse gange ud over klinisk acceptable grænser. Her give forkælet gradient ekko sekvenser et levedygtigt alternativ. På 7 Tesla, blev samlede undersøgelse gange (29 ± 5) min LV funktion vurdering rapporteret, hvilket svarer godt til klinisk imaging protokoller på nederste felt styrker21. Dermed baseret forkælet gradient ekko CMR fordele fra langvarig T1 afslapning tid på ultra-høj felt der resulterer i en øget blod-myokardiet kontrast overlegen i forhold til gradient ekko imaging på 1,5 T. Dette gør subtile anatomiske strukturer såsom at hjertesækken, den mitral og tricuspid ventiler samt de papillærmusklerne godt kan identificeres. Congruously, accepterer forkælet gradient ekko baseret hjerte kammer kvantificering på 7 Tesla tæt med LV parametre stammer fra 2D bSSFP CINE imaging på 1,5 T20. Nøjagtig højre ventrikel (RV) kammer kvantificering viste i øvrigt for nylig muligt ved hjælp af en høj opløsning forkælet gradient ekko sekvens på 7 Tesla29.

Dette arbejde præsenterer erkendelse af de udfordringer og muligheder for CMR på ultra-høj felt, en opsætning og tilpasset til funktionelle CMR erhvervelser på et testpræparat 7 Tesla forskning scanner-protokollen. Protokollen skitserer de tekniske fundament, viser hvordan hindringer kan overvindes, og giver praktiske overvejelser, der hjælper til at holde de ekstra eksperimenterende overhead på et minimum. Den foreslåede imaging protokol udgør en firefoldige forbedring i rumlige opløsning versus dagens klinisk praksis. Det er beregnet til at give en retningslinje for kliniske adaptere, læge videnskabsfolk, translationel forskere, ansøgning eksperter, hr. radiographers, teknologer og nytilkomne ind i feltet.

Protocol

Undersøgelsen er godkendt af den etiske komité i University of Queensland, Queensland, Australien og informeret samtykke er indhentet fra alle fag indgår i undersøgelsen. 1. fag Rekruttere frivillige fag over 18 år af alder internt på University of Queensland. Informeret samtykke Informere hvert emne om potentielle risici undergå en undersøgelse før du indtaster magnetisk resonans imaging (MR) sikkerhedszone. Specifikt, diskutere ultrahøj magnetfelt ekspon…

Representative Results

Repræsentative resultater af cardiac CINE undersøgelser hidrører fra frivillige er afbildet i figur 4. Vist er diastolisk og systolisk tidsrammer kort akse og en fire-kammer længdeakse udsigt over det menneskelige hjerte. De betydeligt højere rumlige opløsning for visningerne kort akse (figur 4a, 4b, 4e, 4f) sammenlignet med de lange akse visninger (fig…

Discussion

Funktionelle CMR undersøgelser kunne gennemføres med succes på 7 Tesla. Baseret på feltstyrke drevet SNR gevinst, kunne CINE billeder af det menneskelige hjerte erhverves med betydeligt højere spatial opløsning i forhold til 1,5 eller 3 T. Mens en skive tykkelse på 6-8 mm og i flyet voxel kant længder af 1.2 til 2.0 mm er almindeligt anvendt på lavere kliniske felt styrker1,30, målinger på 7 Tesla kunne udføres med en skive tykkelse 4 mm og en isotrop…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Forfatterne anerkender faciliteterne, og videnskabelige og tekniske bistand fra den nationale Imaging facilitet i centrum for avanceret billedbehandling, University of Queensland. Vi vil også gerne takke Graham Galloway og Ian Brereton for deres hjælp til at opnå et CAESIE tilskud til 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
DOWNLOAD MATERIALS LIST

Referências

  1. Kramer, C. M., et al. Standardized cardiovascular magnetic resonance (CMR) protocols 2013 update. Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance. 15 (1), 1 (2013).
  2. 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).
  3. 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).
  4. 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).
  5. 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).
  6. Stäb, D., et al. CAIPIRINHA accelerated SSFP imaging. Magnetic Resonance in Medicine. 65 (1), 157-164 (2011).
  7. 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).
  8. 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).
  9. 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).
  10. 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).
  11. 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).
  12. 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).
  13. 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).
  14. 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).
  15. 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).
  16. 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).
  17. Vaughan, J. T., et al. Whole-body imaging at 7T: Preliminary results. Magnetic Resonance in Medicine. 61 (1), 244-248 (2009).
  18. 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).
  19. 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).
  20. 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).
  21. 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).
  22. 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).
  23. 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).
  24. 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).
  25. 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).
  26. 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).
  27. Snyder, C. J., et al. Initial results of cardiac imaging at 7 tesla. Magnetic Resonance in Medicine. 61 (3), 517-524 (2009).
  28. 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).
  29. 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).
  30. 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).
  31. 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).
  32. 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).
  33. 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).

Tags

Cardiac MRI7 TeslaUltra-high FieldMulti-channel RF CoilSubject PositioningB0 ShimmingECG TriggeringMyocardial Function AssessmentSpatial ResolutionTransceiver ArrayPatient Table SetupPower-splitterPhase-shifterTransmit-receive Interface
check_url/pt/55853?article_type=t

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Citar este artigo
Stäb, D., Al Najjar, A., O’Brien, K., Strugnell, W., Richer, J., Rieger, J., Niendorf, T., Barth, M. Cardiac Magnetic Resonance Imaging at 7 Tesla. J. Vis. Exp. (143), e55853, doi:10.3791/55853 (2019).
Baixar citação
Reimpressões e Permissões

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image