Manyetik Rezonans Görüntüleme ve Hareket Telafisi ile İnsan Fetal Kan Akımı Ölçümü
Summary
Burada MRG ile fetal kan akımını hızlı bir şekilde ölçmek, hareket düzeltmesi ve kardiyak geçişi retrospektif olarak gerçekleştirmek için bir protokol sunulmaktadır.
Abstract
Manyetik rezonans görüntüleme (MRG), kardiyovasküler morfoloji ve kalp fonksiyonlarının klinik değerlendirilmesinde önemli bir araçtır. Aynı zamanda faz kontrast MRG’ye dayanan kan akışı ölçümü için tanınmış bir bakım standardıdır. Kan akışının bu şekilde ölçülmesi yetişkinlerde on yıllardır mümkün olsa da, bu yeteneği fetal kan akışına genişletme yöntemleri ancak yakın zamanda geliştirilmiştir.
Majör damarlarda fetal kan akımı miktarının belirlenmesi, konjenital kalp hastalığı (KKH) ve fetal büyüme kısıtlaması (FGR) gibi fetal patolojilerin izlenmesinde önemlidir. KKH, fetüste kanın seyrini değiştiren kardiyak yapıda ve vaskülattürde değişikliklere neden olur. FGR’de, kan akışının yolu, şantların genişlemesi yoluyla değiştirilir, böylece beyne oksijenli kan akışı artar. Kan akımı miktarı, fetal patolojinin ciddiyetinin değerlendirilmesini sağlar ve bu da uygun utero hasta yönetimi ve doğum sonrası bakım planlamasına izin verir.
Faz kontrastlı MRG’nin insan fetüsüne uygulanmasının başlıca zorlukları arasında küçük kan damarı boyutu, yüksek fetal kalp atış hızı, maternal solunuma bağlı potansiyel MRG veri bozulması, öngörülemeyen fetal hareketler ve veri toplamayı senkronize etmek için geleneksel kardiyak geçiş yöntemlerinin eksikliği sayılabilir. Burada, hızlandırılmış görüntüleme, hareket telafisi ve kardiyak geçişteki ilerlemeler de dahil olmak üzere, faz kontrast MRG kullanılarak fetal kan akışının ölçülmesini sağlayan laboratuvarımızdaki son teknik gelişmeleri açıklıyoruz.
Introduction
Fetal büyüme kısıtlılığı (FGR) ve konjenital kalp hastalığı (KKH) gibi fetal patolojilerin izlenmesi için fetal dolaşımın kapsamlı bir şekilde değerlendirilmesi gereklidir 1,2,3. Utero’da hasta yönetimi ve doğum sonrası bakım planlaması fetal patolojinin ciddiyetine bağlıdır 4,5,6,7. MRG ile fetal kan akımı niceliğinin fizibilitesi ve fetal patolojilerin değerlendirilmesindeki uygulamaları son zamanlarda gösterilmiştir 3,8,9. Bununla birlikte, görüntüleme yöntemi, yüksek uzaysal zamansal çözünürlük elde etmek için artan görüntüleme süreleri, kardiyak senkronizasyon yöntemlerinin eksikliği ve öngörülemeyen fetal hareket10 gibi zorluklarla karşı karşıyadır.
Fetal vaskülatür küçük yapılardan oluşur (inen aort, duktus arteriyozus, asendan aort, ana pulmoner arter ve superior vena kava 11,12,13’ü içeren majör kan damarları için ~5 mm çapında). Bu yapıları çözmek ve akışı ölçmek için, yüksek uzamsal çözünürlükte görüntüleme gereklidir. Dahası, fetal kalp atış hızı bir yetişkinin yaklaşık iki katıdır. Bu nedenle, fetal kardiyak döngü boyunca dinamik kardiyak hareketi ve kan akışını çözmek için yüksek bir zamansal çözünürlük de gereklidir. Bu yüksek mekansal zamansal çözünürlükte geleneksel görüntüleme, nispeten uzun edinme süreleri gerektirir. Bu sorunu çözmek için, hızlandırılmış fetal MRG 14,15,16 tanıtılmıştır. Kısaca, bu hızlandırma teknikleri, veri toplama sırasında frekans alanında yetersiz örneklemeyi ve yinelemeli teknikler kullanılarak geriye dönük yüksek doğrulukta rekonstrüksiyonu içerir. Böyle bir yaklaşım, yeniden yapılandırılmış görüntü bilinen bir etki alanında seyrek olduğunda ve az örnekleme yapıtları tutarsız olduğunda ağır şekilde az örneklenmiş verilerden görüntülerin yeniden yapılandırılmasına izin veren sıkıştırılmış algılama (CS) yeniden yapılandırmasıdır17.
Fetal görüntülemede hareket büyük bir zorluk teşkil etmektedir. Hareket yolsuzluğu maternal solunum hareketi, maternal bulk hareketi veya brüt fetal hareketten kaynaklanabilir. Maternal solunum fetüsün periyodik çevirilerine yol açarken, fetal hareketler daha karmaşıktır. Fetal hareketler lokalize veya brüt10,18 olarak sınıflandırılabilir. Lokalize hareketler vücudun sadece bölümlerinin hareketini içerir. Tipik olarak yaklaşık 10-14 s sürerler ve sıklıkları gebelikle birlikte artar (termde saatte ~ 90)10. Bu hareketler genellikle küçük çaplı bozulmalara neden olur ve görüntüleme ilgi alanını etkilemez. Bununla birlikte, kaba fetal hareketler, düzlem hareketi bileşenleri ile ciddi görüntü bozulmasına yol açabilir. Bu hareketler omurganın aracılık ettiği tüm vücut hareketleridir ve 60-90 sn sürer.
Fetal hareketten kaynaklanan artefaktlardan kaçınmak için, önce maternal hareketleri en aza indirgemek için adımlar atılır. Hamile kadınlar, tarayıcı yatağındaki destekleyici yastıklar kullanılarak daha rahat hale getirilir ve rahat önlükler giydirilir ve klostrofobiyi azaltmak için ortakları tarayıcının yanında bulunabilir19,20. Maternal solunum hareketinin etkilerini azaltmak için, çalışmalar maternal nefes tutma21,22,23 altında fetal MR muayeneleri gerçekleştirmiştir. Bununla birlikte, bu tür kazanımlar, hamile deneklerin nefes tutma toleransının azalması göz önüne alındığında kısa (~ 15 s) olmalıdır. Son yıllarda fetal MRG 14,15,16 için retrospektif hareket düzeltme yöntemleri kullanılmaya başlanmıştır. Bu yöntemler, kayıt araç setlerini kullanarak fetal hareketi izler ve hareketi düzeltir veya elde edilen verilerin düzeltilemeyen kısımlarını atar.
Son olarak, doğum sonrası kardiyak MR görüntüleri, veri toplamayı kardiyak siklusa senkronize etmek için elektrokardiyogram (EKG) geçidi kullanılarak geleneksel olarak elde edilir. Geçit olmadan, kardiyak hareket ve kardiyak döngü boyunca pulsatil akış birleştirilerek artefaktlar üretilir. Ne yazık ki, fetal EKG sinyali, maternal EKG sinyali24’ten gelen parazit ve manyetik alan25’ten kaynaklanan bozulmalardan muzdariptir. Bu nedenle, fetal kardiyak geçitlemeye alternatif non-invaziv yaklaşımlar, kendi kendine geçitli, metrik optimize geçit (MOG) ve doppler ultrason geçidi 21,26,27,28 dahil olmak üzere önerilmiştir.
Aşağıdaki bölümlerde açıklandığı gibi, fetal kan akışını ölçmek için MRG yaklaşımımız, laboratuvarımızda geliştirilen ve hızlandırılmış MRG edinimlerinin hareket düzeltmesi ve yinelemeli rekonstrüksiyonu ile birleştirilen yeni bir geçit yöntemi olan MOG’dan yararlanmaktadır. Yaklaşım, daha önce yayınlanmış bir çalışma14’teki bir boru hattına dayanmaktadır ve aşağıdaki beş aşamadan oluşmaktadır: (1) fetal kan akımı kazanımı, (2) gerçek zamanlı rekonstrüksiyonlar, (3) hareket düzeltme, (4) kardiyak geçit ve (5) kapılı rekonstrüksiyonlar.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu yöntem, insan fetal büyük damarlarındaki kan akışının non-invaziv ölçümünü sağlar ve yinelemeli rekonstrüksiyon tekniklerini kullanarak retrospektif hareket düzeltmesi ve kardiyak geçişe izin verir. Son 1,3,8,9 yılında MRG ile fetal kan akımı ölçümü yapılmıştır. Bu çalışmalar, hareket bozulmasını azaltmak için ileriye dö…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Hiç kimse.
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 |
References
- Zhu, M. Y., et al. The hemodynamics of late-onset intrauterine growth restriction by MRI. American Journal of Obstetrics and Gynecology. 214 (3), 1-17 (2016).
- Zhu, M. Y., Jaeggi, E., Roy, C. W., Macgowan, C. K., Seed, M. Reduced combined ventricular output and increased oxygen extraction fraction in a fetus with complete heart block demonstrated by MRI. HeartRhythm Case Reports. 2 (2), 164-168 (2016).
- Sun, L., et al. Reduced Fetal Cerebral Oxygen Consumption is Associated With Smaller Brain Size in Fetuses With Congenital Heart Disease. Circulation. 131 (15), 1313-1323 (2015).
- Freud, L. R., et al. Fetal aortic valvuloplasty for evolving hypoplastic left heart syndrome: postnatal outcomes of the first 100 patients. Circulation. 130 (8), 638-645 (2014).
- Peleg, D., Kennedy, C. M., Hunter, S. K. Intrauterine growth restriction: identification and management. American Family Physician. 58 (2), 453-467 (1998).
- Krishna, U., Bhalerao, S. Placental Insufficiency and Fetal Growth Restriction. Journal of Obstetrics and Gynaecology of India. 61 (5), 505-511 (2011).
- Seravalli, V., Miller, J. L., Block-Abraham, D., Baschat, A. A. Ductus venosus Doppler in the assessment of fetal cardiovascular health: an updated practical approach. Acta Obstetricia et Gynecologica Scandinavica. 95 (6), 635-644 (2016).
- Seed, M., et al. Feasibility of quantification of the distribution of blood flow in the normal human fetal circulation using CMR: a cross-sectional study. Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance. 14 (1), 79 (2012).
- Prsa, M., et al. Reference ranges of blood flow in the major vessels of the normal human fetal circulation at term by phase-contrast magnetic resonance imaging. Circulation. Cardiovascular Imaging. 7 (4), 663-670 (2014).
- Piontelli, A. . Development of Normal Fetal Movements: The Last 15 Weeks of Gestation. , (2015).
- Cartier, M., et al. The normal diameter of the fetal aorta and pulmonary artery: echocardiographic evaluation in utero. American Journal of Roentgenology. 149 (5), 1003-1007 (1987).
- Ruano, R., de Fátima Yukie Maeda, M., Niigaki, J. I., Zugaib, M. Pulmonary artery diameters in healthy fetuses from 19 to 40 weeks’ gestation. Journal of Ultrasound in Medicine. 26 (3), 309-316 (2007).
- Nowak, D., Kozłowska, H., Żurada, A., Gielecki, J. Diameter of the ductus arteriosus as a predictor of patent ductus arteriosus (PDA). Central European Journal of Medicine. 6 (4), 418-424 (2011).
- Goolaub, D. S., et al. Multidimensional fetal flow imaging with cardiovascular magnetic resonance: a feasibility study. Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance. 20 (1), 77 (2018).
- Roy, C. W., Seed, M., Kingdom, J. C., Macgowan, C. K. Motion compensated cine CMR of the fetal heart using radial undersampling and compressed sensing. Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance. 19 (1), 29 (2017).
- van Amerom, J. F. P., et al. Fetal cardiac cine imaging using highly accelerated dynamic MRI with retrospective motion correction and outlier rejection. Magnetic Resonance in Medicine. 79 (1), 327-338 (2018).
- Lustig, M., Donoho, D., Pauly, J. M. Sparse MRI: The application of compressed sensing for rapid MR imaging. Magnetic Resonance in Medicine. 58 (6), 1182-1195 (2007).
- Edwards, D. D., Edwards, J. S. Fetal movement: development and time course. Science. 169 (3940), 95-97 (1970).
- Malamateniou, C., et al. Motion-Compensation Techniques in Neonatal and Fetal MR Imaging. American Journal of Neuroradiology. 34 (6), 1124-1136 (2013).
- Rutherford, M., et al. MR imaging methods for assessing fetal brain development. Developmental Neurobiology. 68 (6), 700-711 (2008).
- Haris, K., et al. Self-gated fetal cardiac MRI with tiny golden angle iGRASP: A feasibility study: Self-Gated Fetal Cardiac MRI with iGRASP. Journal of Magnetic Resonance Imaging. 46 (1), 207-217 (2017).
- Glenn, O. A. MR imaging of the fetal brain. Pediatric Radiology. 40 (1), 68-81 (2010).
- Rodríguez-Soto, A. E., et al. MRI Quantification of Human Fetal O2 Delivery Rate in the Second and Third Trimesters of Pregnancy. Magnetic Resonance in Medicine. 80 (3), 1148-1157 (2018).
- Sameni, R., Clifford, G. D. A Review of Fetal ECG Signal Processing; Issues and Promising Directions. The Open Pacing, Electrophysiology & Therapy Journal. 3, 4-20 (2010).
- Millis, R. Advances in Electrocardiograms: Methods and Analysis. BoD – Books on Demand. , (2012).
- Jansz, M. S., et al. Metric optimized gating for fetal cardiac MRI. Magnetic Resonance in Medicine. 64 (5), 1304-1314 (2010).
- Yamamura, J., et al. Cardiac MRI of the fetal heart using a novel triggering method: initial results in an animal model. Journal of Magnetic Resonance Imaging: JMRI. 35 (5), 1071-1076 (2012).
- Larson, A. C., et al. Self-gated cardiac cine MRI. Magnetic Resonance in Medicine. 51 (1), 93-102 (2004).
- Knoll, F., Schwarzl, A., Diwoky, C., Sodickson, D. K. gpuNUFFT-An open source GPU library for 3D regridding with direct Matlab interface. Proceedings of the 22nd Annual Meeting of ISMRM. , (2014).
- Klein, S., Staring, M., Murphy, K., Viergever, M. A., Pluim, J. P. W. elastix: a toolbox for intensity-based medical image registration. IEEE Transactions on Medical Imaging. 29 (1), 196-205 (2010).
- Walker, P. G., et al. Semiautomated method for noise reduction and background phase error correction in MR phase velocity data. Journal of Magnetic Resonance Imaging. 3 (3), 521-530 (1993).
- Heiberg, E., et al. Design and validation of Segment – freely available software for cardiovascular image analysis. BMC Medical Imaging. 10 (1), 1 (2010).
- Inder, T. E., Volpe, J. J. Chapter 17 – Intrauterine, Intrapartum Assessments in the Term Infant. Volpe’s Neurology of the Newborn (Sixth Edition). , 458-483 (2018).
- Pelc, N. J., Herfkens, R. J., Shimakawa, A., Enzmann, D. R. Phase contrast cine magnetic resonance imaging. Magnetic Resonance Quarterly. 7 (4), 229-254 (1991).
- Steeden, J. A., Atkinson, D., Hansen, M. S., Taylor, A. M., Muthurangu, V. Rapid flow assessment of congenital heart disease with high-spatiotemporal-resolution gated spiral phase-contrast MR imaging. Radiology. 260 (1), 79-87 (2011).
- Kowalik, G. T., Knight, D., Steeden, J. A., Muthurangu, V. Perturbed spiral real-time phase-contrast MR with compressive sensing reconstruction for assessment of flow in children. Magnetic Resonance in Medicine. 83 (6), 2077-2091 (2020).
