Authors
Contact Us

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • النتائج
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

تم وصف بروتوكول لتوليد صور هيكلية عالية الدقة للرئتين باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) لوقت الصدى القصير للغاية (UTE). يسمح هذا البروتوكول بالحصول على الصور باستخدام تسلسل نبضي بسيط للتصوير بالرنين المغناطيسي أثناء التنفس الحر.

Abstract

يواجه التصوير بالرنين المغناطيسي عالي الجودة للرئتين تحديا من خلال انخفاض كثافة الأنسجة ، والاسترخاء السريع لإشارة التصوير بالرنين المغناطيسي ، وحركة الجهاز التنفسي والقلب. لهذه الأسباب ، يتم إجراء التصوير الهيكلي للرئتين بشكل حصري تقريبا باستخدام التصوير المقطعي المحوسب (CT). ومع ذلك ، فإن التصوير المقطعي المحوسب يوفر إشعاعا مؤينا ، وبالتالي فهو أقل ملاءمة لبعض الفئات السكانية الضعيفة (على سبيل المثال ، طب الأطفال) أو للتطبيقات البحثية. كبديل ، يجذب التصوير بالرنين المغناطيسي باستخدام أوقات الصدى القصيرة جدا (UTE) الاهتمام. يمكن إجراء هذه التقنية أثناء التنفس الحر على مدار الفحص ~ 5-10 دقائق. يتم ترميز معلومات حركة الجهاز التنفسي جنبا إلى جنب مع الصور. يمكن استخدام هذه المعلومات للصور "البوابة الذاتية". وبالتالي ، فإن البوابات الذاتية تزيل متطلبات برمجة تسلسل نبضات التصوير بالرنين المغناطيسي المتقدمة أو استخدام منفاخ الجهاز التنفسي ، مما يبسط الحصول على الصور. في هذا البروتوكول ، يتم تقديم طرق اكتساب وإعادة بناء بسيطة وقوية وفعالة من الناحية الحسابية للحصول على التصوير بالرنين المغناطيسي UTE عالي الجودة للرئتين. تم تطوير هذا البروتوكول للاستخدام في ماسح التصوير بالرنين المغناطيسي 3T ، ولكن يمكن تنفيذ نفس المبادئ عند شدة المجال المغناطيسي المنخفضة. يتضمن البروتوكول إعدادات المعلمات الموصى بها للحصول على صورة UTE الشعاعية ثلاثية الأبعاد بالإضافة إلى توجيهات لإعادة بناء الصورة ذاتية البوابات لإنشاء صور في مراحل تنفسية متميزة. من خلال تنفيذ هذا البروتوكول ، يمكن للمستخدمين إنشاء صور UTE عالية الدقة للرئتين مع الحد الأدنى من القطع الأثرية للحركة إلى الحد الأدنى أو المعدوم. يمكن استخدام هذه الصور لتقييم البنية الرئوية ، والتي يمكن تنفيذها للاستخدام البحثي في مجموعة متنوعة من الحالات الرئوية.

Introduction

يعد التصوير عالي الدقة للبنية الرئوية جزءا أساسيا من الاختبارات التشخيصية للعديد من الحالات الرئوية. عادة ، يتم إجراء ذلك باستخدام التصوير المقطعي المحوسب (CT) ، وهو مناسب بشكل مثالي لإنشاء صور عالية الدقة للرئتين1. ومع ذلك ، فإن التصوير المقطعي المحوسب يوفر جرعة غير تافهة من الإشعاع المؤين ، مما يجعله غير مناسب للتصوير المتكرر المنتظم ، أو التصوير في مراحل تنفسية مختلفة متعددة ، أو تصوير مجموعات سكانية معينة (على سبيل المثال ، طب الأطفال). لا يحمل التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) نفس خطر الإشعاع المؤين ، وبالتالي فهو قابل لمهام التصوير هذه. ومع ذلك ، من الصعب تصوير الرئتين باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي بسبب انخفاض كثافة الأنسجة وحركة الجهاز التنفسي والقلب واسترخاء الإشارة السريعجدا 2،3،4.

إحدى تقنيات التصوير بالرنين المغناطيسي القادرة على التخفيف من هذه التحديات هي التصوير بالرنين المغناطيسي لوقت الصدى القصير للغاية (UTE)4،5،6. في التصوير بالرنين المغناطيسي UTE ، يتم أخذ عينات من إشارة التصوير بالرنين المغناطيسي مباشرة بعد إثارة الإشارة ، مما يقلل من تأثير الاسترخاء السريع للإشارة. علاوة على ذلك ، تقوم هذه التقنية بأخذ عينات من k-space من المركز إلى الخارج ، مما يؤدي إلى أخذ عينات زائدة كبيرة في مركز k-space. هذا الأخذ الزائد في مركز k-space يجعل تقنية التصوير هذه قوية للحركة. بالإضافة إلى هذه المتانة المتأصلة في الحركة ، فإن أخذ العينات المتكررة لمركز k-space يشفر معلومات حول حركة الجهاز التنفسي ، مما يتيح البوابة الذاتية للصور7،8،9. يمكن استخدام هذه البوابة الذاتية لإنشاء صور في مجموعة متنوعة من مراحل الجهاز التنفسي. نظرا لأن البشر يقضون معظم مرحلة الجهاز التنفسي عند انتهاء الصلاحية ، فمن الشائع إنشاء صورة لانتهاء الزفير ، حيث تحتوي هذه المرحلة على معظم بيانات التصوير التي تم الحصول عليها.

هناك مجموعة متنوعة من الاستراتيجيات للبوابات الذاتية التنفسية في التصوير بالرنين المغناطيسي الرئوي. التمييز الأول الذي يجب إجراؤه هو المستند إلى الصور مقابل المستند إلى الصور. البوابة المستندة إلى k-space10 (الشكل 1). في البوابات المستندة إلى الصور ، يتم إنشاء مجموعة من الصور ذات الدقة الزمنية العالية عن طريق إعادة بناء مجموعات فرعية زمنية صغيرة من بيانات التصوير. بعد ذلك ، يتم استخدام موضع الحجاب الحاجز في هذه الصور لتحديد المرحلة التنفسية لمجموعة معينة من إسقاطات الصور10،11. في البوابات المستندة إلى k-space ، يتم فحص البيانات من مركز k-space ("k0")8،9،12. يتم ترميز شدة إشارة الصورة في k0 ، وبالتالي ، تختلف شدة نقطة k0 باختلاف التنفس. وبالتالي يمكن تجميع الإسقاطات في مراحل تنفسية مختلفة بناء على شدة k0. في كل من البوابات القائمة على الصور والمساحة k ، يتم تجميع الإسقاطات ذات المراحل التنفسية المتشابهة لإعادة بناء الصورة. لقد تم اقتراح أن البوابات المستندة إلى الصور توفر دقة محسنة في تقدير المرحلة التنفسية ، وبالتالي توفير صور مع ضبابية أقل10،13.

figure-introduction-3398
الشكل 1: تقنيات البوابات الذاتية القائمة على الصور والقائمة على k-space. (أ) في البوابات القائمة على الصور ، يتم إنشاء صور ذات استبانة مكانية منخفضة وعالية الدقة زمنية تظهر الحجاب الحاجز من مجموعات فرعية زمنية من البيانات الإجمالية. باستخدام خط فوق الحجاب الحاجز ، يمكن تصور حركة الجهاز التنفسي ووضعها في صندوق لإعادة بناء الصورة. (ب) في البوابات القائمة على الفضاء k ، تستخدم النقطة الأولى في إسقاط k-space المركزي ("k0") لتصور حركة الجهاز التنفسي. بعد تنعيم k0 ، تكون اختلافات شدة الإشارة بناء على الدورة التنفسية مرئية بوضوح ويمكن استخدامها لتحديد مراحل الجهاز التنفسي المختلفة. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

يمكن إجراء كل من الصور والبوابات المستندة إلى k-space باستخدام إما البوابات الصلبة أو البوابات الناعمة11،14. في البوابات الصلبة ، يتم إعادة بناء الإسقاطات المقابلة لمرحلة الجهاز التنفسي المطلوبة فقط. ومع ذلك ، يمكن أن يؤدي هذا التخلص من الإسقاطات غير المرغوب فيها إلى تقليل نسبة إشارة الصورة إلى الضوضاء (SNR) وزيادة القطع الأثرية لأخذ العينات المنخفضة. يمكن التخفيف من هذه الآثار غير المرغوب فيها باستخدام بوابات ناعمة. في البوابات الناعمة ، يتم استخدام جميع الإسقاطات لإعادة بناء الصورة ، ولكن يتم ترجيح الإسقاطات من مرحلة الجهاز التنفسي غير المرغوب فيها بحيث يكون لها تأثير أقل على الصورة النهائية. عند القيام بذلك ، يمكن إعادة بناء الصور بأقل قدر من القطع الأثرية ونسبة SNR عالية مع الاستمرار في قمع تأثير حركة الجهاز التنفسي.

من خلال الجمع بين الحصول على التصوير بالرنين المغناطيسي UTE مع البوابات الذاتية بعد الاستحواذ ، يمكن إنشاء صور عالية الجودة ، على الرغم من أنها لا تعادل التصوير المقطعي المحوسب ، إلا أنها تتمتع بتباين ودقة تقترب من التصوير المقطعي المحوسب6،15،16،17،18،19. هنا ، يتم توفير بروتوكول بسيط لجمع وإعادة بناء صور التصوير بالرنين المغناطيسي UTE لإنشاء صور عالية الجودة للبنية الرئوية.

تمت كتابة هذا البروتوكول بشكل أساسي لماسحات التصوير بالرنين المغناطيسي 3T. 3T هي شدة المجال الأكثر شيوعا المستخدمة في التصوير بالرنين المغناطيسي للأبحاث. يمكن أن توفر شدة المجال المغناطيسي المنخفضة مثل 1.5T أو 0.55 T20 المتوفرة مؤخرا جودة صورة محسنة وشدة إشارة داخل الرئتين ، حيث يكون استرخاء الإشارة داخل الرئتين أبطأ عند قوة المجال هذه.

في حين تم بذل كل محاولة لتوفير الوضوح والبساطة في هذا البروتوكول ورمز إعادة بناء الصورة المقدم ، فمن المحتمل أن يتطلب البروتوكول فيزيائيا متخصصا في التصوير بالرنين المغناطيسي (أو خبيرا مشابها في التصوير بالرنين المغناطيسي) لإنشاء تسلسل مناسب للتصوير بالرنين المغناطيسي على ماسح التصوير بالرنين المغناطيسي. يجب أن ينفذ تسلسل التصوير بالرنين المغناطيسي استراتيجية ترميز ثلاثية الأبعاد غير ديكارتية مع مسارات الفضاء k-out-out. تشمل الأمثلة 3D شعاعي أو 3D حلزوني (على سبيل المثال ، "FLORET") 21،22 تسلسل التصوير. الأهم من ذلك ، يجب أن يكون لترتيب الإسقاطات استقرار زمني جيد: على مدار أي مجموعة فرعية معينة من الوقت ، يجب أن تغطي الإسقاطات النطاق الكامل ل k-space23. أمثلة على استراتيجيات ترتيب الإسقاط ذات الاستقرار الزمني الجيد هي الوسائل الذهبية أو اللولب الأرخميدسي العشوائي لهالتون. إذا تم استخدام ترتيب الإسقاط مع الاستقرار الزمني الضعيف ، فإن البوابات الذاتية بعد الاستحواذ ستحذف مناطق كبيرة من k-space ، مما يؤدي إلى قطع أثرية للصور. أخيرا ، يجب أن يكون التتابع قادرا على تحقيق زمن صدى (TE) يبلغ <100 ميكرو ثانية. وقت الاسترخاء T2 * في الرئتين عند 3T هو <1 مللي ثانية24 ، لذا فإن استخدام TE قصير جدا ضروري لإنشاء صور عالية الجودة.

Protocol

تم إجراء جميع عمليات التصوير البشري بموافقة KUMC IRB. تم الحصول على موافقة خطية مستنيرة من جميع المشاركين. تم الحصول على الصور في هذه الدراسة بموجب بروتوكول تطوير تقني عام، وكانت معايير الاشتمال/الاستبعاد واسعة عمدا. معايير الاشتمال: العمر ≥ 18 عاما. معايير الاستبعاد: منع استخدام التصوير بالرنين المغناطيسي بناء على الردود على استبيان فحص التصوير بالرنين المغناطيسي والحمل. يتم سرد الملحقات والمعدات المستخدمة في هذه الدراسة في جدول المواد.

1. الحصول على صور UTE

  1. تحضير تسلسل التصوير. قم بإعداد تسلسل التصوير مرة واحدة واستخدم نفس التسلسل لجميع المشاركين.
    1. تعيين المعلمات وفقا للجدول 1.
    2. ضع شبح التصوير بالرنين المغناطيسي في وسط التصوير بالرنين المغناطيسي وقم بتشغيل تسلسل التصوير.
      ملاحظة: نظرا لأن هذا التسلسل يتطلب أداء تدرج سريعا والعديد من نبضات التردد اللاسلكي، فمن المهم التحقق من إمكانية تشغيل إعداد البروتوكول قبل الاختبار على الإنسان.
  2. جهز المشارك للتصوير بالرنين المغناطيسي. استخدم فحص سلامة التصوير بالرنين المغناطيسي القياسي المؤسسي لضمان قدرة المشارك على دخول التصوير بالرنين المغناطيسي بأمان.
  3. ضع المشارك على سرير التصوير بالرنين المغناطيسي وضع ملف الصدر على جذع المشارك. ضع الملف بالقرب من ذقن المشارك لضمان التغطية الكاملة لقمم الرئة.
  4. انقل المشارك إلى ماسح التصوير بالرنين المغناطيسي. ضع معلم تحديد المواقع أسفل عظم القص للمشارك مباشرة.
  5. اجمع فحص المترجم للتأكد من أن رئتي المشارك ضمن مجال الرؤية لفحص UTE لا تحرك هندسة فحص UTE إذا لم تكن رئتا المشارك ضمن مجال الرؤية ، فحرك المشارك واجمع فحوصات مترجم إضافية حتى تصبح الرئتان داخل مجال الرؤية بالكامل.
  6. قم بتشغيل تسلسل UTE خلال هذا التسلسل ، يمكن للمشارك التنفس بشكل طبيعي.
  7. تصدير البيانات الأولية من الماسحة الضوئية. اعتمادا على تسلسل التصوير المستخدم، قد يقوم الماسح الضوئي أو لا يعيد بناء الصور على الماسحة الضوئية. من أجل إعادة بناء البوابات بأثر رجعي المقترحة ، يلزم وجود بيانات تصوير أولية لتحديد ما إذا كانت الصور قد تم إنشاؤها على الماسح الضوئي أم لا. لاحظ أن البيانات الأولية ستكون كبيرة (>10 جيجابايت).
  8. تصدير أو حساب مسارات k-space (أي الموقع في k-space لكل نقطة بيانات أولية).
    ملاحظة: بالنسبة لبعض تسلسلات التصوير ، يمكن تخزين مسارات k-space جنبا إلى جنب مع البيانات الأولية على ماسح التصوير بالرنين المغناطيسي ويمكن تصديرها مباشرة. بالنسبة لتسلسلات التصوير الأخرى ، يجب حساب مسارات k-space بناء على معلمات التصوير.
البارامترالإعدادات العامة الموصى بهاالإعدادات المنفذة هنا
تسلسل التصوير3D غير الديكارتية مع مسارات الفضاء k في المركز3D شعاعي مع ترتيب الإسقاط الذهبي
مجال الرؤية400 × 400 × 400 مم3400 × 400 × 400 مم3
حجم المصفوفةحسب الرغبة لحل الهدف320 × 320 × 320 (دقة 1.25 مم متناحية)
عرض النطاق التردديحسب الحاجة لمدة القراءة < 1.0 مللي ثانية888 هرتز / بكسل
تي< 0.1 مللي ثانية0.07 مللي ثانية
ارالحد الأدنى (الهدف 3 - 4 مللي ثانية)3.5 مللي ثانية
زاوية الوجهحوالي 5 درجات4.8°
عدد الإسقاطاتالحد الأدنى 100,0001,35,386
مدة الصورةالحد الأدنى 5 دقائق7 دقائق، 54 ثانية

الجدول 1: الإعدادات الموصى بها لتصوير UTE يتم توفير الإعدادات العامة الموصى بها والتي يمكن استخدامها لتوجيه إعداد البروتوكول. كما يتم توفير الإعدادات المحددة الموصى بها التي تم استخدامها للبيانات، كما هو موضح كنتائج تمثيلية. مواصفات المعلمات عامة عبر الموردين، باستثناء النطاق الترددي. يحدد بعض بائعي التصوير بالرنين المغناطيسي الرئيسيين النطاق الترددي على أنه هرتز / بكسل. يحدد بائعو التصوير بالرنين المغناطيسي الرئيسيين الآخرون النطاق الترددي المطلق. يتوافق عرض النطاق الترددي الموصى به (888 هرتز / بكسل) مع عرض النطاق الترددي المطلق البالغ 284,160 هرتز.

2. إعادة بناء صورة UTE باستخدام بوابات الجهاز التنفسي الناعمة القائمة على الصور

ملاحظة: يتم توفير كود MATLAB لإكمال الخطوات التالية في https://github.com/pniedbalski3/UTE_Reconstruction.

  1. استيراد البيانات ومسارات k-space إلى MATLAB. يتوفر رمز استيراد بيانات التصوير بالرنين المغناطيسي الخام لجميع بائعي التصوير بالرنين المغناطيسي الرئيسيين.
  2. تجاهل أول 1000 إسقاط للتأكد من أن البيانات في مغنطة الحالة المستقرة.
    ملاحظة: إذا كان تسلسل التصوير المستخدم يتضمن عمليات مسح وهمية قبل الحصول على البيانات، فيمكن تخطي هذه الخطوة.
  3. إعادة إنشاء صورة منخفضة الدقة باستخدام مجموعة فرعية صغيرة جدا من البيانات.
    1. أعد بناء الصورة باستخدام تحويل فورييه سريع غير منتظم إلى حجم مصفوفة 96 × 96 × 96.
    2. استخدم ما يقرب من 200 إسقاط، أي ما يعادل بيانات تتراوح قيمتها بين 0.6 ثانية و0.8 ثانية.
    3. أعد بناء الصور وتخزينها من جميع عناصر الملف بالإضافة إلى صورة نهائية مدمجة بالملف.
  4. في الصورة المجمعة للملف الناتجة ، حدد شريحة إكليلية تظهر الحجاب الحاجز بوضوح.
    ملاحظة: سيطالب الرمز المقدم المستخدم بتحديد شريحة تحتوي على الحجاب الحاجز.
  5. بمجرد تحديد هذه الشريحة ، اعرض صور الملف الفردية لهذه الشريحة وحدد عنصرا أو عنصرين من عناصر الملف التي تظهر الحجاب الحاجز بشكل أفضل (الشكل 2).
    ملاحظة: سيطالب الرمز المقدم المستخدم بتحديد عناصر الملف.
  6. أعد بناء الصور باستخدام نافذة منزلقة لإنشاء صور بدقة زمنية ~ 0.5 ثانية (الشكل 2).
    1. أعد بناء البيانات فقط من عناصر الملف المحددة في الخطوة 2.4.
      ملاحظة: بينما يمكن إعادة بناء جميع عناصر الملف ، هناك حاجة فقط إلى العناصر الأقرب إلى الحجاب الحاجز لتصور الحجاب الحاجز لأغراض البوابات الذاتية التنفسية. من خلال إعادة بناء عناصر الملف الأقرب إلى الرسم البياني فقط ، يتم تقليل وقت إعادة البناء والعبء الحسابي بشكل كبير.
    2. استخدم أول 200 إسقاط لإعادة بناء صورة باستخدام تحويل فورييه سريع غير موحد (الشكل 2). قم بتخزين الشريحة التي تظهر الحجاب الحاجز فقط (كما هو موضح في الخطوة 2.4).
      ملاحظة: في النهاية ، سيتم إنشاء ما يصل إلى 1500 صورة. هناك حاجة فقط إلى شريحة ثنائية الأبعاد لتصور موضع الحجاب الحاجز ، وسيكون تخزين الصور ثلاثية الأبعاد لكل خطوة من خطوات النافذة المنزلقة باهظا.
    3. قم بالتحول بمقدار 100 إسقاط (أي إعادة بناء الصورة الأولى باستخدام الإسقاطات من 1 إلى 200. يتم إعادة بناء الثاني باستخدام الإسقاطات 101 - 300) وإعادة بناء صورة إضافية ، وتخزين الشريحة المحددة في الخطوة 2.4.
    4. استمر حتى يتم استخدام جميع الإسقاطات لإنشاء الصور.
  7. حدد خطا فوق الحجاب الحاجز في أول صور النافذة المنزلقة. تأكد من أن الخط طويل بما يكفي ليمتد إلى الرئتين بمقدار 5-10 فوكسل وفي الحجاب الحاجز بمقدار 5-10 فوكسيل.
  8. تصور حركة الجهاز التنفسي من خلال عرض الملاح التنفسي هذا لجميع الإسقاطات.
  9. تحديد موقع الحجاب الحاجز لجميع ملاحي الجهاز التنفسي. هناك مجموعة متنوعة من الطرق للقيام بذلك ، ولكن الطريقة المباشرة هي استخدام طريقة أوتسو25 لتقسيم الجانب المظلم (الرئة) من الجانب الأكثر إشراقا (الحجاب الحاجز).
  10. استخدم موقع الحجاب الحاجز لتصنيف الإسقاطات على أنها تنتمي إلى سلة تنفسية معينة. إذا أظهر ملاح تنفسي معين الحجاب الحاجز في "الموضع 1" ، فإن الإسقاطات ال 200 المستخدمة لإنشاء الصورة لهذا الملاح ستنتمي إلى "الحاوية 1".
    ملاحظة: نظرا لأنه تم إنشاء الصور باستخدام نافذة منزلقة ذات تداخل إسقاط 100، فقد يتم تصنيف بعض الإسقاطات على أنها تنتمي إلى حاويات متعددة. تؤدي الدقة المكانية الخشنة لصور النوافذ المنزلقة إلى ما مجموعه ~ 4-6 صناديق تغطي النطاق الكامل للإلهام حتى انتهاء الصلاحية.
  11. حدد الحاوية المراد إعادة إنشاؤها عن طريق تحديد الحاوية التي تحتوي على أكبر عدد من الإسقاطات، والتي يجب أن تتوافق مع انتهاء الصلاحية النهائي.
    1. بدلا من ذلك ، أعد بناء الصور لمراحل الجهاز التنفسي المرغوبة بناء على الفحص البصري للملاح التنفسي.
  12. توليد الأوزان للبوابات الناعمة14.
    1. استخدم مرشحا أسيا لتوفير وزن 1 للنتوءات داخل الحاوية الأولية وتقليل الوزن بشكل حاد للنتوءات داخل صناديق الجهاز التنفسي المختلفة.
  13. استخدم Berkely Advanced Reconstruction Toolbox (BART ؛ https://mrirecon.github.io/bart/) 26،27 لإعادة بناء صورة عالية الدقة في صندوق الجهاز التنفسي المطلوب.
    ملاحظة: BART هو صندوق أدوات متاح مجانا لإعادة بناء صورة التصوير بالرنين المغناطيسي.
    1. احسب أوزان تعويض الكثافة باستخدام مجموعة الكثافة التكرارية.
    2. قم بقياس أوزان تعويض الكثافة بواسطة الأوزان ذات البوابات الناعمة.
    3. قياس البيانات استنادا إلى تعويض الكثافة وأوزان البوابات الناعمة
    4. قم بإجراء تحويل فورييه سريع أساسي غير موحد (NUFFT) لتسهيل الجمع بين الملف.
    5. قم بتحويل صورة NUFFT إلى مساحة k شبكية لاستخدامها في تجميع الملف.
    6. قم بإنشاء مصفوفة مجموعة الملف واستخدمها لدمج الملفات لكل من البيانات الأولية ومساحة k الشبكية.
    7. تقدير حساسيات الملف.
    8. قم بإجراء إعادة بناء الاستشعار المضغوط للتصوير المتوازي باستخدام تعويض الكثافة المرجحة والبيانات المجمعة للملف وخرائط حساسية الملف.
  14. احفظ الصورة النهائية. يتم تنفيذ تنسيق NIFTI بسهولة. إذا كان سيتم تحميل الصورة إلى نظام PACs ، فقد تكون هناك حاجة إلى تنسيق DICOM.

figure-protocol-9746
الشكل 2: البوابات الذاتية القائمة على الصور. (1) باستخدام صورة منخفضة الدقة أعيد بناؤها من عدد صغير من الإسقاطات (للكفاءة الحسابية) ، حدد شريحة إكليلية تظهر الحجاب الحاجز بوضوح. (2) من خلال فحص الصور من عناصر الملف الفردية ، حدد عناصر الملف الأقرب إلى الحجاب الحاجز. (3) إجراء إعادة بناء نافذة منزلقة فقط لعناصر الملف الأقرب إلى الحجاب الحاجز (للكفاءة الحسابية). يمكن إنشاء الصور من مجموعات فرعية من 200 إسقاط (المقابلة ~ 0.8 ثانية) ؛ من خلال الإسقاطات المتداخلة ، يمكن تحقيق دقة زمنية زائفة تبلغ ~ 0.5 ثانية في الصور. (4) تحديد خط عمودي على الحجاب الحاجز لاستخدامه كملاح تنفسي. (5) يظهر تصور بيانات الصورة على هذا الخط حركة الجهاز التنفسي ، والتي يمكن استخدامها في سلة الصور. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

3. إعادة بناء صورة UTE باستخدام بوابات الجهاز التنفسي الناعمة القائمة على k-space

  1. أكمل الخطوات 2.1-2.4 بحيث يمكن تحديد عنصر الملف الأقرب إلى الحجاب الحاجز.
  2. قم بإنشاء تتبع سلسلة زمنية k0 باستخدام القيمة المطلقة للنقطة الأولى على الإسقاط لجميع الإسقاطات لعنصر الملف المحدد. سيوفر هذا تصورا لشكل موجة الجهاز التنفسي.
  3. في خطوات من 5000 إسقاطات ، قم بتطبيع k0 بمتوسط شدة الإشارة لنفس k0 نقطة28. هذا يخفف من انحراف شدة الإشارة بمرور الوقت ويوفر قدرة محسنة على تجميع الإسقاطات كميا.
  4. قم بتسمية كل نقطة k0 على أنها تحدث أثناء الإلهام أو انتهاء الصلاحية.
    1. قم بتنعيم السلسلة الزمنية k0 وخذ المشتق لتقييم المنحدر لكل نقطة على تتبع البوابة.
    2. قم بتسمية نقاط الإلهام بناء على علامة المنحدر. يتوافق المنحدر الإيجابي مع انتهاء الصلاحية ، بينما يتوافق المنحدر السلبي مع الإلهام.
  5. إسقاطات الحاوية بناء على شدة الإشارة. نظرا لأن عمق التنفس يمكن أن يكون متغيرا ، فإن إسقاطات الحاوية تعتمد على سعة الإشارة بدلا من الموقع في المرحلة التنفسية.
    ملاحظة: هناك طريقة بسيطة وسريعة لتحقيق ذلك وهي تنفيذ تجميع k-means لتحديد مستويات شدة الإشارة المختلفة.
  6. بالنسبة للصناديق الوسيطة بين الإلهام النهائي وانتهاء الصلاحية النهائي ، حدد الإسقاطات على أنها تحدث أثناء الإلهام والانتهاء بناء على الخطوة 3.4.
  7. إعادة بناء الصورة الكاملة باتباع الخطوات المنصوص عليها في الخطوة 2.10 حتى الخطوة 2.13.
  8. إذا رغبت في ذلك ، أعد بناء الصور لجميع صناديق الجهاز التنفسي بدلا من انتهاء الصلاحية فقط.

النتائج

تم إنشاء النتائج التمثيلية (الشكل 3) باستخدام الإعدادات الموضحة في الجدول 1. توفر مدة التصوير المستخدمة صورا عالية الجودة يمكن تحملها من قبل معظم المشاركين.

figure-results-334

Discussion

عند إجراء تصوير UTE للرئتين ، يمكن استخدام العديد من الاختلافات في كل من الاستحواذ وإعادة البناء لإنشاء صور للرئتين. يركز هذا البروتوكول على سهولة التنفيذ والكفاءة الحسابية. يعد التصوير باستخدام UT الشعاعي ثلاثي الأبعاد بسيطا نسبيا ، حيث تتوفر تسلسلات التصوير بشكل عام من ...

Disclosures

يتلقى بيتر نيدبالسكي تمويلا بحثيا من المؤسسة الوطنية لتصلب الجلد وجمعية القلب الأمريكية والمعاهد الوطنية للصحة. وهو مستشار لشركة Polarean Imaging Plc. ، وهي شركة تطور تقنية التصوير بالرنين المغناطيسي 129Xe شديدة الاستقطاب.

Acknowledgements

تم دعم تطوير هذا البروتوكول والصور المعروضة كنتائج تمثيلية من قبل المؤسسة الوطنية لتصلب الجلد.

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
Chest MRI CoilSiemens, GE, Philips,, Other Clinical MRI Imaging Coil VendorN/AA 26 - 32 channel Chest coil should be used
High Performance WorkstationHP, Apple, or other Computer Hardware companyN/AA computer with a minimum of 64 GB of Memory is needed for image reconstruction
MatlabMathworksR2016A or newerA Matlab license is needed to run the provided computer code
MRI PhantomSiemens, GE, Philips, or Other MRI Phantom VendorN/AAny Phantom can be used to test the MRI sequence prior to its use in human subjects.
MRI ScannerSiemens, GE, Philips, or Other Clinical MRI Scanner VendorN/AThe protocol was developed on a 3T scanner, but 1.5T or 0.55T would also work with minimal adaptation

References

  1. Raju, S., Ghosh, S., Mehta, A. C. Chest ct signs in pulmonary disease: A pictorial review. Chest. 151 (6), 1356-1374 (2017).
  2. Biederer, J., et al. MRI of the lung (2/3). Why, when, how. Insights Imaging. 3 (4), 355-371 (2012).
  3. Biederer, J., et al. MRI of the lung (3/3)-current applications and future perspectives. Insights Imaging. 3 (4), 373-386 (2012).
  4. Johnson, K. M., Fain, S. B., Schiebler, M. L., Nagle, S. Optimized 3D ultrashort echo time pulmonary MRI. Magn Reson Med. 70 (5), 1241-1250 (2013).
  5. Ma, W., et al. Ultra-short echo-time pulmonary MRI: Evaluation and reproducibility in COPD subjects with and without bronchiectasis. J Magn Reson Imaging. 41 (5), 1465-1474 (2015).
  6. Roach, D. J., et al. Ultrashort echo-time magnetic resonance imaging is a sensitive method for the evaluation of early cystic fibrosis lung disease. Ann Am Thorac Soc. 13 (11), 1923-1931 (2016).
  7. Tibiletti, M., et al. Multistage three-dimensional UTE lung imaging by image-based self-gating. Magn Reson Med. 75 (3), 1324-1332 (2016).
  8. Weick, S., et al. Dc-gated high-resolution three-dimensional lung imaging during free-breathing. J Magn Reson Imaging. 37 (3), 727-732 (2013).
  9. Fischer, A., et al. Self-gated non-contrast-enhanced functional lung imaging (SENCEFUL) using a quasi-random fast low-angle shot (FLASH) sequence and proton MRI. NMR Biomed. 27 (8), 907-917 (2014).
  10. Tibiletti, M., et al. Respiratory self-gated 3D UTE for lung imaging in small animal MRI. Magn Reson Med. 78 (2), 739-745 (2017).
  11. Jiang, W., et al. Motion robust high resolution 3D free-breathing pulmonary MRI using dynamic 3D image self-navigator. Magn Reson Med. 79 (6), 2954-2967 (2018).
  12. Higano, N. S., et al. Retrospective respiratory self-gating and removal of bulk motion in pulmonary UTE MRI of neonates and adults. Magn Reson Med. 77 (3), 1284-1295 (2016).
  13. Metze, P., et al. Non-uniform self-gating in 2D lung imaging. Front Phys. 10, (2022).
  14. Gandhi, D. B., et al. Comparison of weighting algorithms to mitigate respiratory motion in free-breathing neonatal pulmonary radial UTE-MRI. Biomed Phys Eng Express. 10 (3), 035030 (2024).
  15. Fauveau, V., et al. Performance of spiral UTE-MRI of the lung in post-covid patients. Magn Reson Imaging. 96, 135-143 (2023).
  16. Metz, C., et al. Comparison of diagnostic quality of 3D ultrashort-echo-time techniques for pulmonary magnetic resonance imaging in free-breathing. Acta Radiologica. 64 (5), 1851-1858 (2023).
  17. Periaswamy, G., et al. Comparison of ultrashort TE lung MRI and HRCT lungs for detection of pulmonary nodules in oncology patients. Indian J Radiol Imaging. 32 (04), 497-504 (2022).
  18. Darçot, E., et al. Comparison between magnetic resonance imaging and computed tomography in the detection and volumetric assessment of lung nodules: A prospective study. Frontiers in Medicine. 9, 858731 (2022).
  19. Dournes, G., et al. 3D ultrashort echo time MRI of the lung using stack-of-spirals and spherical k-space coverages: Evaluation in healthy volunteers and parenchymal diseases. J Magn Reson Imaging. 48 (6), 1489-1497 (2018).
  20. Campbell-Washburn, A. E. 2019 American Thoracic Society Bear Cage winning proposal: Lung imaging using high-performance low-field magnetic resonance imaging. Am J Respir Crit Care Med. 201 (11), 1333-1336 (2020).
  21. Robison, R. K., Anderson, A. G., Pipe, J. G. Three-dimensional ultrashort echo-time imaging using a FLORET trajectory. Magn Reson Med. 78 (3), 1038-1049 (2017).
  22. Willmering, M. M., Robison, R. K., Wang, H., Pipe, J. G., Woods, J. C. Implementation of the FLORET sequence for lung imaging. Magn Reson Med. 82 (3), 1091-1100 (2019).
  23. Chan, R. W., Ramsay, E. A., Cunningham, C. H., Plewes, D. B. Temporal stability of adaptive 3D radial MRI using multidimensional golden means. Magn Reson Med. 61 (2), 354-363 (2009).
  24. Yu, J., Xue, Y., Song, H. K. Comparison of lung T2* during free-breathing at 1.5 T and 3.0 T with ultrashort echo time imaging. Magn Reson Med. 66 (1), 248-254 (2011).
  25. Otsu, N. A threshold selection method from gray-level histograms. IEEE Trans Syst Man Cybern. 9 (1), 62-66 (1979).
  26. Martin Uecker, F. O., et al. Berkely advanced reconstruction toolbox. Proc Intl Soc Magn Reson Med. 23, 2486 (2015).
  27. . . Bart Toolbox for Computational Magnetic Resonance Imaging. , (2024).
  28. Munidasa, S. . Treatment monitoring of pediatric cystic fibrosis lung disease using free breathing lung MRI. , (2024).
  29. Zhu, X., Chan, M., Lustig, M., Johnson, K. M., Larson, P. E. Z. Iterative motion-compensation reconstruction ultra-short TE (IMOCO UTE) for high-resolution free-breathing pulmonary MRI. Magn Reson Med. 83 (4), 1208-1221 (2020).
  30. Tan, F., et al. Motion-compensated low-rank reconstruction for simultaneous structural and functional UTE lung MRI. Magn Reson Med. 90 (3), 1101-1113 (2023).
  31. Bhattacharya, I., et al. Oxygen-enhanced functional lung imaging using a contemporary 0.55 T MRI system. NMR Biomed. 34 (8), e4562 (2021).
  32. Kim, M., et al. Feasibility of dynamic T2*-based oxygen-enhanced lung MRI at 3T. Magn Reson Med. 91 (3), 972-986 (2024).
  33. Klimeš, F., et al. 3D phase-resolved functional lung ventilation MR imaging in healthy volunteers and patients with chronic pulmonary disease. Magn Reson Med. 85 (2), 912-925 (2021).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

UTE 3T

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved