Магнитно-резонансная томография сердца на 7 Тесла

Резюме

Присущие сверхвысоких Поле магнитного резонанса выгоды чувствительность перспективным для высокое пространственное разрешение изображений сердца. Здесь мы описываем протокол, настроенные для функциональных сердечно-магнитного резонанса (КДПГ) на 7 Тесла, используя передовые многоканального радио частоты катушки, шиммирования магнитного поля и активируя концепции.

Аннотация

КДПГ в ультра-высокое поле (магнитного поля B ≥₀ 7 Тесла) выгоды от присущего на более сильные магнитные поля преимущество Соотношение сигнал шум (SNR) и потенциально обеспечивает улучшение сигнала контраст и пространственным разрешением. Обещая, что результаты были достигнуты, ультра-высокое поле КДПГ является сложной задачей из-за ограничений осаждения энергии и физические явления, как передачи поля не равномерность и неоднородности магнитного поля. Кроме того магнито гидродинамический эффект затрудняет синхронизации сбора данных с сердечной движения. Проблемы решаются в настоящее время исследования в технологии Роман магнитного резонанса. Если все препятствия могут быть преодолены, ультра-высокое поле КДПГ может создавать новые возможности для функциональных КДПГ, характеристика ткани миокарда, микроструктура изображений или метаболических изображений. Признавая этот потенциал, мы показываем, что многоканальный радиочастотного (RF) катушки технологии специально для КДПГ на 7 Тесла вместе с выше порядке B₀ опору и резервного копирования сигнал для сердца срабатывания способствует высокой верности функциональных КДПГ. С предлагаемой установки количественная оценка сердечной камеры может осуществляться в экзамен раз аналогичны достигнутый на нижней прочностями поля. Чтобы поделиться этим опытом и содействовать распространению этого опыта, эта работа описывает наши установки и протокол специально для функциональных КДПГ на 7 Тесла.

Введение

Сердечно-сосудистые магнитного резонанса (CMR) имеет доказанные клиническое значение с растущий спектр клинических признаков^1,2. В частности оценки сердечной морфологии и функция имеет большое значение и обычно понял путем отслеживания и визуализации, что сердце движения на протяжении всего сердечного цикла с использованием сегментирована дыхание проведены двухмерный (2D) cinematograpic ( Методы визуализации CINE). Хотя требуются высокое пространственно временных резолюции, высокой крови миокард контрастность и высокое соотношение сигнал шум (SNR), сбор данных ограничивается очень сердечной и дыхательной движения и использования нескольких дыхание держит, а также необходимость для всего сердца или слева желудочковая охват часто приводит к обширной сканирования раз. Параллельной обработки изображений, одновременное многослойная томография или другие ускорение технологии помогают решать движение связанных ограничений^3,4,5,6.

Кроме того, чтобы выгоду от присущего SNR получить на более высоких магнитных полей, высокое поле систем с B₀ = 3 Тесла все чаще используются в клинической рутинной^7,,⁸. Развитие также призвал в ультра-высокое поле расследования (B₀≥7 Тесла, f≥298 МГц) CMR^{9,10,11,12,,1314}. Выигрыш в SNR и крови миокард контрастность присущие выше прочность поля обещает быть передаваемой в расширенной функциональной КДПГ, с использованием пространственного разрешения, которое превышает сегодня в пределах^{15,16, 17}. В свою очередь, новые возможности для магнитный резонанс (МР) на основе характеристик ткани миокарда, метаболические изображений и изображений микроструктуры ожидается¹³. До настоящего времени несколько групп продемонстрировали, что целесообразность КДПГ на 7 Тесла и конкретно с учетом ультра-высокое поле технология была введена^{,17,18,19,20 21,22}. Что касается эти многообещающие события, потенциал сверхвысокой поле, которое можно считать КДПГ еще неиспользованные¹³. В то же время, физические явления и практических препятствий, таких как неоднородности магнитного поля, радиочастотного (RF) возбуждения поля не равномерность, артефакты-резонанса, диэлектрической эффекты, локализованные ткани Отопление и прочность поля независимые RF Мощность осаждения ограничения делают изображений на ультра-высокое поле сложной^10,17. Последние используются для управления РФ индуцированных ткани Отопление и обеспечения безопасной эксплуатации. Кроме того Электрокардиограмма (ЭКГ) на основе инициирования может быть существенно затронуты магнито гидродинамические (МГД) эффект^19,23,24. Для решения проблем, вызванных короткие волны в ткани, многие элемент трансивер РФ катушки массивы специально для КДПГ на 7 Тесла были предложенные^21,25,,2627. Параллельной передаче РФ предоставляет средства для передачи поля шейпинг, также известный как B-₁+ опору, которая позволяет сократить неоднородности магнитного поля и восприимчивость артефакты^18,28. Хотя на данном этапе, некоторые из этих мер может увеличить сложность экспериментальной, понятия оказались полезными и могут быть переведены в клинической области сильных КДПГ 1.5 T или 3 т.

В настоящее время 2D сбалансированного устойчивого состояния бесплатно прецессии (bSSFP) CINE изображений является стандартом ведения клинической функциональной КДПГ в 1,5 Т и 3 T¹. Недавно последовательность успешно работал на 7 Тесла, но большое количество проблем остаются¹⁹. Пациента конкретных B₁⁺ опору и дополнительных корректировок катушки РФ были применены для управления RF Мощность осаждения ограничений и тщательного шиммирования₀ B была исполнена управлять последовательностью типичный диапазонов артефактов. С средний сканирования 93 минут оценки функции левого желудочка (LV) усилия продлен раз экспертиза клинически приемлемые пределы. Здесь избалованный градиент эхо последовательности обеспечивают жизнеспособной альтернативой. На 7 Тесла общее обследование раз (29 ± 5) мин для LV функции оценки сообщалось, что также соответствует клинических изображений протоколов в нижнем поле сильные²¹. Таким образом избалованный градиент эхо на основе КДПГ выгоды от длительного T₁ времена релаксации в ультра-высокое поле приводящих к расширенной крови миокард контраст, превосходит градиента эхо изображений на 1,5 т. Это делает хорошо идентифицируемой тонкие анатомических структур, таких как перикарда, митрального и трёхстворчатого клапанов, а также папиллярных мышц. Congruously избалованный градиент эхо на основе количественной оценки сердечной камеры на 7 Тесла тесно соглашается с параметрами LV, производный от 2D bSSFP CINE изображений на 1,5 T²⁰. Кроме того Точная право желудочковая количественной камеры (RV) недавно была продемонстрирована что возможно с помощью с высоким разрешением испортил градиента эхо последовательности 7 Тесла²⁹.

Признавая проблемы и возможности КДПГ в ультра-высокое поле, эта работа представляет собой установки и протокол, настроенные для функциональных КДПГ приобретений на исследуемых 7 Тесла исследований сканера. Протокол описывает технических основ, показывает как препятствия могут быть преодолены и предоставляет практические соображения, которые помогают сохранить загородный экспериментальный накладных расходов на минимальном уровне. Предлагаемый протокол изображений представляет собой четырехкратное увеличение пространственного разрешения по сравнению с сегодняшней клинической практике. Он предназначен для обеспечения руководства для клинической адаптеров, врач ученых, поступательные исследователей, экспертов приложений, MR рентгенологи, технологов и новых участников в поле.

протокол

Исследовании утверждается Комитетом по этике университета Квинсленда, Квинсленд, Австралия и осознанное согласие было получено от всех субъектов, включенных в исследование.

1. субъекты

1. Вербовать добровольцев темы старше 18 лет внутренне в университете Квинсленда.
2. Обоснованного согласия
   1. Информировать каждого вопроса о потенциальных рисках прохождения экспертизы перед входом в зону безопасности магнитно-резонансная томография (МРТ). В частности обсудите воздействия сверхвысоких магнитного поля и возможные противопоказания для прохождения экзамена по МРТ. Сообщите тему что участвовать в рассмотрении является добровольным и что на всех раз он может прервать рассмотрение. Получения осознанного согласия в письменной форме.
   2. Объясните процедуру для участника. Поскольку визуализация выполняется во время дыхание проведет в конце срока действия и последовательной дыхания является неотъемлемой частью качества изображения, тренер субъекта на дыхательные техники до начала сканирования.
   3. Выполните проверки безопасности г-н по всем предметам, перед входом в зону безопасности МРТ в письменной форме и снова перед входом в комнату сканера. Исключает объекты с противопоказаниями для прохождения МРТ исследование (например, кардиостимуляторов, имплантированные дефибрилляторы, других небезопасных медицинских имплантатов или клаустрофобии).
3. Попросите подвергаться изменениям в кусты перед входом в комнату сканера.

2. Подготовка

1. Настройка дополнительного оборудования, необходимого для работы выделенный канал 32 ¹H сердца трансивер (Tx/Rx) РФ катушки²⁶ на стол пациента изложенных в рисунке 1a и b. Помимо поле разделитель малой мощности (рис. 1 c) оборудование вспомогательное катушка состоит из одной мощности разделитель поля и фаза переключения коробки (рис. 1 d) и один Tx/Rx интерфейса (Рисунок 1e) для каждого из двух RF катушки секций, которые будут размещены ниже и на вершине тему. Большую часть он вмещает местной передачи электроники, которая требуется для сигнала возбуждения на 7 Тесла, поскольку традиционные птичья клетка тела катушки как обычно занятых на 1,5 Т и 3.0 T не доступны.
2. Место дополнительного оборудования катушка РФ на верхнем конце пациента таблицы, как указано на рисунке 1b и связать отдельные коробки вместе с байонетным Нейл-Concelman (BNC) Кабели. С расстояния, что стол пациента может быть загнан в МРТ ограничен родила, обеспечить, чтобы оставить достаточно пространства на стол пациента для катушки инфраструктуры для гарантии, что сердце субъекта может располагаться с центром катушки изоцентр по магнит.
3. Подключите Tx/Rx интерфейс коробки к четыре катушки зажигания на стол пациента.
4. Место в центре задней катушки массива 147 см от верхнего конца стол пациента (рис. 1b). Это место определяет, где в задней катушки массив должен быть размещен для обеспечения что сердце субъекта на изоцентр магнита, если стол пациента максимально загнан в канал ствола. Размещение на месте предопределенные катушка имеет решающее значение, для обеспечения оптимальной работы. Определите оптимальное положение задней катушки массива, а также позиционирования вспомогательное оборудование в предварительных испытаний, включая несколько добровольцев различные тела высоту.
5. Подключите четыре задней катушки массива в соответствующие розетки окна интерфейса Tx/Rx для задней массива.
6. Подключить четыре модули передней катушки массива с Tx/Rx интерфейс ящик для топ массива и переверните массив оборудования вспомогательные катушки для субъекта позиционирования.
7. Три электроды ЭКГ прикрепите к корпусу субъекта. Следуйте указаниям поставщика размещения электрода для обеспечения оптимального функционирования системы триггера алгоритма.
8. Установите тему на стол пациента (рис 1f). Критически убедитесь, что сердце субъекта располагается центральный задней катушки для того, чтобы гарантировать, сканирование в течение изоцентр магнита. Как, в зависимости от высоты субъекта, руководитель будет располагаться поверх разъемов поле катушки/интерфейс, разместите кабели тщательно и использовать соответствующую амортизацию для обеспечения комфорта и соответствия субъекта.
9. Подключите устройство триггера к электроды ЭКГ.
10. Прикрепите устройство импульсного триггера субъекта указательный палец. Используйте это второе устройство для запуска в случае серьезных искажений сигнала ЭКГ, представленный МГД эффект.
11. Рука безопасности Сожмите мяч к предметам.
12. Оборудовать предметом наушников и наушников для уменьшения шумового воздействия и обеспечить связь с предметом.
13. Место передней катушки на груди субъекта, что кабели, которые подключаются к клеммам E-F и G-H расположены справа и слева от его головы, соответственно.
14. Привод предмет в отверстие сканера. Управляя операцию вручную и убедитесь, что кнопка скорость элементов таблицы находится в выключенном состоянии гарантировать безопасность субъекта в процессе вождения. Делать, не используйте автоматический режим как переменная таблицы скорость в этом режиме оптимизирован для нейро изображений и расстояние, на которое таблица может управляться автоматически в отверстие ограничивается сканера.
15. Проверьте, если сообщение к теме через домофон возможен и если тема чувствует себя хорошо.
16. Г-н изображений
    1. Выполнения основных локализатор (скаут) сканирование вдоль трех физических градиента осей для ломтик планирования и B₀-опору.
    2. Используйте ЭКГ сработал быстро низким углом, последовательность (FLASH) с указанными ниже параметрами приобретения: поле зрения (FOV) = 400 мм, матрица = 192 x 144, срезы за ось градиента = 1, толщина = 8 мм, эхо времени (TE) = 1,24, повторение время (TR) = 298 МС, угол флип = 10°.
    3. Применение параллельных МРТ с коэффициентом ускорения = 2, опорных линий = 24 и обобщенной autocalibrating частично параллельных поглощения (Граппа) реконструкции.
    4. Используйте изображения локализатор для проверки, что его сердце помещается в изоцентр магнита. При необходимости изменить тему.
17. 3^rd порядок шиммирования B0
    1. Открыть инструмент ШИМ порядка 3^rd (Рисунок 2a) и сбросить все 3^rd порядок ШИМ течения (рис. 2b).
    2. Устанавливать объем оболочек для надлежащего шиммирования над регионом, охватывающих сердца (рис. 2 c).
    3. Запустите поток передовых-срабатывает компенсацию 2D мульти эхо флэш-ШИМ последовательности для расчета токов 3^rd порядок ШИМ. Используйте следующие параметры: ПЗ = 400 x 400 мм, матрица = 80 x 80, ломтики = 64, толщина = 5.0 мм, ТЕ1 = 3,06, TE2 = 5.10, TR = 7 мс, угол флип = 20 °, параллельные МРТ (Граппа), ускорение фактор = 2, опорных линий = 24.
    4. Рассчитать и применять 3^rd порядок ШИМ токи, откройте следующий протокол и Копировать громкость выше оболочек. Выполните SetShim программу в меню «Пуск» (рис. 2a). Далее откройте окно Ручной корректировки в меню Options (рис. 2d). На вкладке 3D ШИМ , нажмите Расчет | Применить чтобы задать ШИМ токов для 2-^го порядка (Рисунок 2e). Наконец Установите прокладку течений, нажав кнопку Задать Shim_3rd в средстве ШИМ порядка 3^rd (рис. 2b).
    5. Закройте окно Ручной корректировки . Держите ШИМ тома и оболочек течений, фиксированной на протяжении оставшейся части экзамен. Обратите внимание, что шиммирования процедура может быть очень конкретной системы.
18. Приобрести дополнительные локализаторы поддержки двойной косой срез планирования. Если не указано иное, используйте дыхание провел и ЭКГ срабатывает 2D флэш-последовательность со следующими параметрами для всех измерений локализатор: ПЗ = 360 x 290 мм, матрица = 256 x 206, толщина = 6,0 мм, TE = 1,57, TR = 3.9 мс, угол флип = 35 °, параллельные МРТ (Граппа), accelera Тион фактор: 2, опорных линий: 24. Консультировать пациента, чтобы держать дыхание в действия. Использовать высокий флип углы или использовать сегментирована cine протокола (см. ниже) для достижения улучшения контрастности.
    1. Приобрести 2 камеры локализатор (1 ломтик), запланированных перпендикуляра на осевые разведчик, параллельно к стенке межжелудочковой перегородки (рис. 3a).
    2. Приобрести перпендикулярно локализатор (1 ломтик), запланировано 4 камеры на дольке локализатор 2 камеры через митральный клапан и верхушки левого желудочка (рис. 3b).
    3. Приобрести локализатор короткой оси (7 ломтиков, ПЗ = 360 x 330 мм), запланированных перпендикулярно на 4 камеры локализатору параллельно митрального клапана и перпендикулярно стене межжелудочковой перегородки (рис. 3 c).
19. Выполните CINE приобретений. Использование высокого разрешения дыхание провел ЭКГ срабатывает сегментированные 2D флэш-последовательность со следующими параметрами: ПЗ = 360 x 270 мм, матрица = 256 x 192/264 x 352, толщина = 4,0 мм, TE = 3.14, TR = 6,3 мс, угол флип = 35-55 °, сегменты = 7, параллельно МРТ (Граппа), ускорение фа ctor = 2/3, височное разрешение = 42.6/44.3 мс.
    1. Начните с левого желудочка 4 камеры мнение (горизонтальной длинной оси, HLA) ломтиками. План Центральной среза через центр митрального и трёхстворчатого клапанов и верхушки левого желудочка (рис. 3d). Приобрести каждый ломтик в рамках отдельных дыхание держат в действия.
    2. Далее приобрести левого желудочка короткой оси срезов. План их перпендикулярно HLA и параллельно митрального клапана так, что она охватывает весь левого желудочка от основания к вершине (Рисунок 3e). Для обеспечения точной функции тестирования, Первый срез точно позиционировать на вставок листовка митрального клапана, таким образом, чтобы в центре фрагмента в пределах желудочка. Опять же приобрести каждый ломтик в рамках отдельных дыхание держат в действия.

Результаты

Представитель результаты сердечной CINE экзаменов, производный от добровольцев изображены на рисунке 4. Изображены диастолической и систолической сроки короткие и длинные оси 4 камерная просмотров человеческого сердца. Хорошо видна значительно более в...

Обсуждение

Обследования функциональные КДПГ может быть успешно на 7 Тесла. Основываясь на инициативе SNR усиления напряженности поля, CINE изображения человеческого сердца могут быть приобретены с значительно более высоким пространственным разрешением, по сравнению с 1,5 или 3 т. Хотя толшины края 6-8 ?...

Материалы

Name	Company	Catalog Number	Comments
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