القلب التصوير بالرنين المغناطيسي في 7 تسلا
Summary
كسب الحساسية المتأصلة بالرنين المغناطيسي الحقل أولتراهيغ تبشر بتصوير عالية الدقة المكانية للقلب. هنا، نحن وصف بروتوكول مخصص للرنين المغناطيسي الوظيفية القلب والأوعية الدموية (CMR) في 7 تسلا استخدام لفائف متقدم متعدد القنوات ترددات والمجال المغناطيسي الملئ ومفهوم المسبّب.
Abstract
اتفاقية النقل الطرقي في حقل فائقة (≥0 قوة الحقل المغناطيسي ب 7 تسلا) يستفيد من ميزة نسبة الإشارة إلى الضوضاء (الاستخبارات) المتأصلة في أعلى نقاط قوة الحقل المغناطيسي، ويحتمل أن يوفر إشارة تحسين التباين والقرار المكانية. حين واعدة النتائج التي تحققت، يكون الحقل فائقة CMR تحديا بسبب القيود ترسب الطاقة والظواهر الفيزيائية مثل نقل الحقل غير-أونيفورميتيس وإينهوموجينيتيس المجال المغناطيسي. وبالإضافة إلى ذلك، تأثير مغناطيسي هيدرودينامية يجعل من الصعب المزامنة للحصول على البيانات مع حركة القلب. وتعالج التحديات التي تواجه حاليا الاستكشافات في تكنولوجيا الرنين المغناطيسي الرواية. إذا كان يمكن التغلب على جميع العقبات، لحقل فائقة CMR قد إنشاء فرصاً جديدة ل CMR الوظيفية، وتوصيف أنسجة عضلة القلب، والتصوير المجهرية أو تصوير الأيضية. الاعتراف بهذه الإمكانية، نبين أن التكنولوجيا لفائف متعدد القنوات تردد الراديو (RF) مصممة خصيصا لاتفاقية النقل الطرقي في 7 تسلا جنبا إلى جنب مع أعلى ترتيب ب0 الملئ وإشارة النسخ احتياطي لتحريك القلب ويسهل عالية الدقة الفنية اتفاقية النقل الطرقي. مع الإعداد المقترحة، يمكن أن يتحقق القياس الكمي دائرة القلب في أوقات دراسة مماثلة لتلك التي تحققت في أدنى مجال القوة. لتقاسم هذه الخبرة ودعم النشر لهذه الخبرة، يصف هذا العمل لدينا الإعداد وبروتوكول مصممة خصيصا لاتفاقية النقل الطرقي الوظيفية في 7 تسلا.
Introduction
الرنين المغناطيسي القلب والأوعية الدموية (CMR) القيمة السريرية المثبتة مع مجموعة متنامية من المؤشرات السريرية1،2. على وجه الخصوص، تقييم مورفولوجيا القلب ووظيفة ذات أهمية كبرى وعادة تتحقق بتعقب وتصور حركة القلب طوال كامل دورة القلب باستخدام مجزأة (عقد التنفس سينيماتوجرابيك ثنائي الأبعاد (2D) تقنيات التصوير السينمائي). بينما تلزم عالية الدقة الزمانية والتباين العالي الدم-عضلة القلب وارتفاع نسبة الإشارة إلى الضوضاء (دائرة الاستخبارات الوطنية)، الحصول على البيانات مقيد عاليا بحركة القلب والجهاز التنفسي واستخدام يحمل نفسا متعددة، فضلا عن الحاجة إلى للقلب كله أو البطين الأيسر التغطية غالباً ما يؤدي إلى مسح واسعة النطاق مرات. تصوير موازية، تصوير شريحة متعددة متزامنة أو أخرى تسارع تقنيات تساعد على معالجة الاقتراح المتعلقة بالقيود3،4،،من56.
وعلاوة على ذلك، الاستفادة من كسب دائرة الاستخبارات الوطنية المتأصلة في أعلى المجالات المغناطيسية، النظم الميدانية عالية مع ب0 = 3 تسلا يعملون بصورة متزايدة في السريرية الروتينية7،8. وشجعت تطوير أيضا تحقيقات ميدانية فائقة (إيه سيفن ب0تسلا، f≥298 ميجاهرتز) CMR9،10،،من1112،،من1314. الكسب في المقابل دائرة الاستخبارات الوطنية وعضلة القلب الدم الملازمة لقوة الحقل أعلى يبشر بأن يكون التحويل إلى CMR الوظيفية تعزيز استخدام قرار المكاني الذي يتجاوز اليوم حدود15،16، 17-في المقابل، إمكانيات جديدة للرنين المغناطيسي (السيد) على أساس توصيف أنسجة عضلة القلب، وتصوير الأيضية والتصوير المجهرية هي المتوقعة13. وحتى الآن، أثبتت عدة مجموعات جدوى اتفاقية النقل الطرقي في 7 تسلا، وعلى وجه التحديد قد التكنولوجيا حقل فائقة مصممة عرض17،،من1819،20، ،من 2122. وفيما يتعلق بهذه التطورات الواعدة، وإمكانات فائقة حقل يمكن اعتبار اتفاقية النقل الطرقي لتكون لكنها لم تستغل بعد13. في الوقت نفسه، والظواهر الفيزيائية والعقبات العملية مثل إينهوموجينيتيس المجال المغناطيسي وتردد الراديو (RF) الإثارة الحقل غير-أونيفورميتيس والتحف قبالة الرنين، آثار عازل، تدفئة الأنسجة المترجمة وقوة الحقل الطاقة الترددات اللاسلكية المستقلة ترسب القيود تجعل من التصوير في ميدان فائقة تحدي10،17. ويعمل هذا الأخير لمراقبة الترددات اللاسلكية التي يتسبب فيها تدفئة الأنسجة وضمان التشغيل الأمن. وعلاوة على ذلك، أدى رسم القلب (ECG) على أساس يمكن إلى حد كبير يتأثر مغناطيسي هيدرودينامية (MHD) تأثير19،،من2324. للتصدي للتحديات الناجمة عن الطول الموجي القصير في الأنسجة، كانت العديد من عنصر مرسل مستقبل RF لفائف صفائف مصممة خصيصا لاتفاقية النقل الطرقي في 7 تسلا المقترحة21،25،،من2627. انتقال الترددات اللاسلكية موازية يوفر الوسائل لنقل الحقل تشكيل، المعروف أيضا ب1+ الملئ، مما يسمح للحد من إينهوموجينيتيس المجال المغناطيسي وقابلية التحف18،28. بينما في المرحلة الحالية، بعض هذه التدابير قد يؤدي إلى زيادة تعقيد التجريبية، والمفاهيم التي ثبت أنها مفيدة ويمكن ترجمتها إلى مواطن القوة الميدانية الإكلينيكية CMR 1.5 طن أو 3 ت.
حاليا، هو تصوير سينما حرة الحركة البدارية (بسفب) حالة مستقرة متوازنة 2D القياسية المرجعية السريرية CMR الوظيفية في 1.5 طن و 3 ر1. في الآونة الأخيرة، التسلسل استخدمت بنجاح في 7 تسلا، ولكن عددا كبيرا من التحديات ما زالت19. وطبقت محددة المريض ب1+ الملئ والتسويات لفائف الترددات اللاسلكية الإضافية لإدارة الترددات اللاسلكية السلطة ترسب القيود وحذرا ب0 الملئ وأجرى للتحكم في تسلسل نموذجية النطاقات التحف. مع لوقت مسح متوسط 93 دقيقة البطين الأيسر (LV) وظيفة التقييم، الجهود لفترات طويلة أوقات الفحص خارج حدود مقبولة سريرياً. تقدم تسلسلات مدلل تدرج صدى هنا، بديل قابل للتطبيق. 7 تسلا، أبلغ دراسة مجموع أوقات دقيقة (29 ± 5) لتقييم وظيفة LV، الذي يناظر أيضا بروتوكولات إكلينيكية التصوير في الميدان أقل نقاط القوة21. وبالتالي، يقوم مدلل تدرج صدى CMR الفوائد من1 تيطويلة الاسترخاء مرات في الميدان الفائقة التي تؤدي تباين المحسن دم-عضلة القلب متفوقة على تصوير صدى التدرج في 1.5 ت. وهذا يجعل من الهياكل التشريحية خفية مثل تامور، وفي التاجي وصمام ثلاثي الشرفات، فضلا عن العضلات الحليمية محددة تحديداً واضحا. كونجرووسلي، يوافق مدلل صدى التدرج على أساس دائرة القلب الكمي في 7 تسلا عن كثب مع معلمات LV المستمدة من تصوير سينما بسفب 2D في 1.5 T20. وعلاوة على ذلك، تجلى دقيقة التحديد الكمي الدائرة (RV) حق البطين مؤخرا ممكناً باستخدام دقة عالية مدلل تسلسل تدرج صدى في 7 تسلا29.
إذ تدرك التحديات والفرص لاتفاقية النقل الطرقي في الميدان فائقة، يعرض هذا العمل على بروتوكول مخصصة للمقتنيات CMR الوظيفية على ماسح بحوث 7 تسلا الفحص والإعداد. ويحدد البروتوكول الأسس التقنية، يظهر كيف يمكن التغلب على العقبات، ويوفر الاعتبارات العملية التي تساعد على إبقاء النفقات العامة تجريبية إضافية كحد أدنى. يشكل البروتوكول المقترح في التصوير تحسن بنسبة أربعة إضعاف في القرار المكانية مقابل الممارسة السريرية اليوم. يهدف إلى توفير مبدأ توجيهي لمحولات السريرية، الطبيب العلماء والباحثين متعدية الجنسيات، خبراء التطبيق، سيقوم السيد، والتكنولوجيين والداخلين الجدد في الحقل.
Protocol
Representative Results
Discussion
يمكن أن تجري الامتحانات CMR الوظيفية بنجاح في 7 تسلا. استناداً إلى حقل قوة دافع الربح دائرة الاستخبارات الوطنية، يمكن أن يكتسب صور سينمائية لقلب الإنسان مع القرار المكانية أعلى بكثير بالمقارنة مع 1.5 أو 3 ت. وفي حين يمكن أن تجري بسمك شريحة من 6 إلى 8 مم وفي الطائرة من حافة فوكسل أطوال من 1.2 إلى 2.0 ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
تقر الكتاب المرافق، والمساعدة العلمية والتقنية الوطنية مرفق التصوير في المركز “التصوير المتقدمة”، جامعة كوينزلاند. كما نود أن نشكر غالاوي غراهام وإيان بريريتون للمساعدة في الحصول على منحة كايسيي نيندورف ثورالف.
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).
