Name: human fetal blood flow quantification with magnetic resonance imaging and motion compensation
Uploaded: 2021-01-07T13:00:00
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Alle MRT-Scans wurden mit informierter Zustimmung von Freiwilligen im Rahmen einer Studie durchgeführt, die von unserem institutionellen Forschungsethikrat genehmigt wurde.
HINWEIS: Die unten beschriebenen Methoden wurden an einem 3T-MRT-System angewendet. Die Erfassung erfolgt mittels radialer Phasenkontrast-MRT-Sequenz. Diese Sequenz wurde durch Modifizierung der Auslesetrajektorie (um ein Sternmuster zu erzielen) der kartesischen Phasenkontrast-MRT des Herstellers vorbereitet. Die Sequenz-...

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	<li>Zhu, M. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+hemodynamics+of+late-onset+intrauterine+growth+restriction+by+MRI.">The hemodynamics of late-onset intrauterine growth restriction by MRI.</a> American Journal of Obstetrics and Gynecology. 214 (3), 1-17 (2016).</li><li>Zhu, M. Y., Jaeggi, E., Roy, C. W., Macgowan, C. K., Seed, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reduced+combined+ventricular+output+and+increased+oxygen+extraction+fraction+in+a+fetus+with+complete+heart+block+demonstrated+by+MRI.">Reduced combined ventricular output and increased oxygen extraction fraction in a fetus with complete heart block demonstrated by MRI.</a> HeartRhythm Case Reports. 2 (2), 164-168 (2016).</li><li>Sun, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reduced+Fetal+Cerebral+Oxygen+Consumption+is+Associated+With+Smaller+Brain+Size+in+Fetuses+With+Congenital+Heart+Disease.">Reduced Fetal Cerebral Oxygen Consumption is Associated With Smaller Brain Size in Fetuses With Congenital Heart Disease.</a> Circulation. 131 (15), 1313-1323 (2015).</li><li>Freud, L. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fetal+aortic+valvuloplasty+for+evolving+hypoplastic+left+heart+syndrome:+postnatal+outcomes+of+the+first+100+patients.">Fetal aortic valvuloplasty for evolving hypoplastic left heart syndrome: postnatal outcomes of the first 100 patients.</a> Circulation. 130 (8), 638-645 (2014).</li><li>Peleg, D., Kennedy, C. M., Hunter, S. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intrauterine+growth+restriction:+identification+and+management.">Intrauterine growth restriction: identification and management.</a> American Family Physician. 58 (2), 453-467 (1998).</li><li>Krishna, U., Bhalerao, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Placental+Insufficiency+and+Fetal+Growth+Restriction.">Placental Insufficiency and Fetal Growth Restriction.</a> Journal of Obstetrics and Gynaecology of India. 61 (5), 505-511 (2011).</li><li>Seravalli, V., Miller, J. L., Block-Abraham, D., Baschat, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ductus+venosus+Doppler+in+the+assessment+of+fetal+cardiovascular+health:+an+updated+practical+approach.">Ductus venosus Doppler in the assessment of fetal cardiovascular health: an updated practical approach.</a> Acta Obstetricia et Gynecologica Scandinavica. 95 (6), 635-644 (2016).</li><li>Seed, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Feasibility+of+quantification+of+the+distribution+of+blood+flow+in+the+normal+human+fetal+circulation+using+CMR:+a+cross-sectional+study.">Feasibility of quantification of the distribution of blood flow in the normal human fetal circulation using CMR: a cross-sectional study.</a> Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance. 14 (1), 79 (2012).</li><li>Prsa, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reference+ranges+of+blood+flow+in+the+major+vessels+of+the+normal+human+fetal+circulation+at+term+by+phase-contrast+magnetic+resonance+imaging.">Reference ranges of blood flow in the major vessels of the normal human fetal circulation at term by phase-contrast magnetic resonance imaging.</a> Circulation. Cardiovascular Imaging. 7 (4), 663-670 (2014).</li><li>Piontelli, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Development of Normal Fetal Movements: The Last 15 Weeks of Gestation. , (2015).</li><li>Cartier, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+normal+diameter+of+the+fetal+aorta+and+pulmonary+artery:+echocardiographic+evaluation+in+utero.">The normal diameter of the fetal aorta and pulmonary artery: echocardiographic evaluation in utero.</a> American Journal of Roentgenology. 149 (5), 1003-1007 (1987).</li><li>Ruano, R., de F&#225;tima Yukie Maeda, M., Niigaki, J. I., Zugaib, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pulmonary+artery+diameters+in+healthy+fetuses+from+19+to+40+weeks'+gestation.">Pulmonary artery diameters in healthy fetuses from 19 to 40 weeks' gestation.</a> Journal of Ultrasound in Medicine. 26 (3), 309-316 (2007).</li><li>Nowak, D., Koz&#322;owska, H., &#379;urada, A., Gielecki, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Diameter+of+the+ductus+arteriosus+as+a+predictor+of+patent+ductus+arteriosus+(PDA).">Diameter of the ductus arteriosus as a predictor of patent ductus arteriosus (PDA).</a> Central European Journal of Medicine. 6 (4), 418-424 (2011).</li><li>Goolaub, D. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multidimensional+fetal+flow+imaging+with+cardiovascular+magnetic+resonance:+a+feasibility+study.">Multidimensional fetal flow imaging with cardiovascular magnetic resonance: a feasibility study.</a> Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance. 20 (1), 77 (2018).</li><li>Roy, C. W., Seed, M., Kingdom, J. C., Macgowan, C. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Motion+compensated+cine+CMR+of+the+fetal+heart+using+radial+undersampling+and+compressed+sensing.">Motion compensated cine CMR of the fetal heart using radial undersampling and compressed sensing.</a> Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance. 19 (1), 29 (2017).</li><li>van Amerom, J. F. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fetal+cardiac+cine+imaging+using+highly+accelerated+dynamic+MRI+with+retrospective+motion+correction+and+outlier+rejection.">Fetal cardiac cine imaging using highly accelerated dynamic MRI with retrospective motion correction and outlier rejection.</a> Magnetic Resonance in Medicine. 79 (1), 327-338 (2018).</li><li>Lustig, M., Donoho, D., Pauly, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sparse+MRI:+The+application+of+compressed+sensing+for+rapid+MR+imaging.">Sparse MRI: The application of compressed sensing for rapid MR imaging.</a> Magnetic Resonance in Medicine. 58 (6), 1182-1195 (2007).</li><li>Edwards, D. D., Edwards, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fetal+movement:+development+and+time+course.">Fetal movement: development and time course.</a> Science. 169 (3940), 95-97 (1970).</li><li>Malamateniou, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Motion-Compensation+Techniques+in+Neonatal+and+Fetal+MR+Imaging.">Motion-Compensation Techniques in Neonatal and Fetal MR Imaging.</a> American Journal of Neuroradiology. 34 (6), 1124-1136 (2013).</li><li>Rutherford, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=MR+imaging+methods+for+assessing+fetal+brain+development.">MR imaging methods for assessing fetal brain development.</a> Developmental Neurobiology. 68 (6), 700-711 (2008).</li><li>Haris, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Self-gated+fetal+cardiac+MRI+with+tiny+golden+angle+iGRASP:+A+feasibility+study:+Self-Gated+Fetal+Cardiac+MRI+with+iGRASP.">Self-gated fetal cardiac MRI with tiny golden angle iGRASP: A feasibility study: Self-Gated Fetal Cardiac MRI with iGRASP.</a> Journal of Magnetic Resonance Imaging. 46 (1), 207-217 (2017).</li><li>Glenn, O. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=MR+imaging+of+the+fetal+brain.">MR imaging of the fetal brain.</a> Pediatric Radiology. 40 (1), 68-81 (2010).</li><li>Rodr&#237;guez-Soto, A. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=MRI+Quantification+of+Human+Fetal+O2+Delivery+Rate+in+the+Second+and+Third+Trimesters+of+Pregnancy.">MRI Quantification of Human Fetal O2 Delivery Rate in the Second and Third Trimesters of Pregnancy.</a> Magnetic Resonance in Medicine. 80 (3), 1148-1157 (2018).</li><li>Sameni, R., Clifford, G. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Review+of+Fetal+ECG+Signal+Processing;+Issues+and+Promising+Directions.">A Review of Fetal ECG Signal Processing; Issues and Promising Directions.</a> The Open Pacing, Electrophysiology &amp; Therapy Journal. 3, 4-20 (2010).</li><li>Millis, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Advances+in+Electrocardiograms:+Methods+and+Analysis.">Advances in Electrocardiograms: Methods and Analysis.</a> BoD - Books on Demand. , (2012).</li><li>Jansz, M. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Metric+optimized+gating+for+fetal+cardiac+MRI.">Metric optimized gating for fetal cardiac MRI.</a> Magnetic Resonance in Medicine. 64 (5), 1304-1314 (2010).</li><li>Yamamura, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cardiac+MRI+of+the+fetal+heart+using+a+novel+triggering+method:+initial+results+in+an+animal+model.">Cardiac MRI of the fetal heart using a novel triggering method: initial results in an animal model.</a> Journal of Magnetic Resonance Imaging: JMRI. 35 (5), 1071-1076 (2012).</li><li>Larson, A. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Self-gated+cardiac+cine+MRI.">Self-gated cardiac cine MRI.</a> Magnetic Resonance in Medicine. 51 (1), 93-102 (2004).</li><li>Knoll, F., Schwarzl, A., Diwoky, C., Sodickson, D. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=gpuNUFFT-An+open+source+GPU+library+for+3D+regridding+with+direct+Matlab+interface.">gpuNUFFT-An open source GPU library for 3D regridding with direct Matlab interface.</a> Proceedings of the 22nd Annual Meeting of ISMRM. , (2014).</li><li>Klein, S., Staring, M., Murphy, K., Viergever, M. A., Pluim, J. P. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=elastix:+a+toolbox+for+intensity-based+medical+image+registration.">elastix: a toolbox for intensity-based medical image registration.</a> IEEE Transactions on Medical Imaging. 29 (1), 196-205 (2010).</li><li>Walker, P. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Semiautomated+method+for+noise+reduction+and+background+phase+error+correction+in+MR+phase+velocity+data.">Semiautomated method for noise reduction and background phase error correction in MR phase velocity data.</a> Journal of Magnetic Resonance Imaging. 3 (3), 521-530 (1993).</li><li>Heiberg, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+and+validation+of+Segment+-+freely+available+software+for+cardiovascular+image+analysis.">Design and validation of Segment - freely available software for cardiovascular image analysis.</a> BMC Medical Imaging. 10 (1), 1 (2010).</li><li>Inder, T. E., Volpe, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chapter+17+-+Intrauterine,+Intrapartum+Assessments+in+the+Term+Infant.">Chapter 17 - Intrauterine, Intrapartum Assessments in the Term Infant.</a> Volpe's Neurology of the Newborn (Sixth Edition). , 458-483 (2018).</li><li>Pelc, N. J., Herfkens, R. J., Shimakawa, A., Enzmann, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Phase+contrast+cine+magnetic+resonance+imaging.">Phase contrast cine magnetic resonance imaging.</a> Magnetic Resonance Quarterly. 7 (4), 229-254 (1991).</li><li>Steeden, J. A., Atkinson, D., Hansen, M. S., Taylor, A. M., Muthurangu, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+flow+assessment+of+congenital+heart+disease+with+high-spatiotemporal-resolution+gated+spiral+phase-contrast+MR+imaging.">Rapid flow assessment of congenital heart disease with high-spatiotemporal-resolution gated spiral phase-contrast MR imaging.</a> Radiology. 260 (1), 79-87 (2011).</li><li>Kowalik, G. T., Knight, D., Steeden, J. A., Muthurangu, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Perturbed+spiral+real-time+phase-contrast+MR+with+compressive+sensing+reconstruction+for+assessment+of+flow+in+children.">Perturbed spiral real-time phase-contrast MR with compressive sensing reconstruction for assessment of flow in children.</a> Magnetic Resonance in Medicine. 83 (6), 2077-2091 (2020).</li></ol>

Diese Methode ermöglicht die nicht-invasive Messung des Blutflusses in menschlichen fetalen großen Gefäßen und ermöglicht eine retrospektive Bewegungskorrektur und Herz-Gating unter Verwendung iterativer Rekonstruktionstechniken. Die Quantifizierung des fetalen Blutflusses wurde in der Vergangenheitmit MRT durchgeführt 1,3,8,9. Diese Studien hatten einen p...

Eine umfassende Beurteilung des fetalen Kreislaufs ist für die Überwachung fetaler Pathologien wie fetale Wachstumsrestriktion (FGR) und angeborene Herzfehler (KHK) erforderlich1,2,3. In utero hängen das Patientenmanagement und die Planung der postnatalen Versorgung von der Schwere der fetalen Pathologieab 4,5,6,7. Die Durchführbarkeit der fetalen Blutflussquantifizierung mit MRT und ihre Anwendungen bei der Beurteilung fetaler Pathologien wurden kürzlich nachgewiesen 3,8,9. Das bildgebende Verfahren steht jedoch vor Herausforderungen, wie z. B. erhöhten Bildgebungszeiten, um eine hohe raumzeitliche Auflösung zu erreichen, fehlenden Herzsynchronisationsmethoden und unvorhersehbaren fetalen Bewegungen10.
Das fetale Gefäßsystem umfasst kleine Strukturen (~ 5 mm Durchmesser für große Blutgefäße, die die absteigende Aorta, den Ductus arteriosus, die aufsteigende Aorta, die Hauptlungenarterie und die obere Hohlvene11,12,13 umfassen). Um diese Strukturen aufzulösen und die Strömung zu quantifizieren, ist eine Bildgebung mit hoher räumlicher Auflösung erforderlich. Darüber hinaus ist die fetale Herzfrequenz etwa doppelt so hoch wie die eines Erwachsenen. Eine hohe zeitliche Auflösung ist daher auch erforderlich, um die dynamische Herzbewegung und den Blutfluss über den fetalen Herzzyklus aufzulösen. Konventionelle Bildgebung bei dieser hohen raumzeitlichen Auflösung erfordert relativ lange Aufnahmezeiten. Um dieses Problem anzugehen, wurde die beschleunigte fetale MRT14,15,16 eingeführt. Kurz gesagt, diese Beschleunigungstechniken beinhalten Undersampling im Frequenzbereich während der Datenerfassung und retrospektive High-Fidelity-Rekonstruktion mit iterativen Techniken. Ein solcher Ansatz ist die CS-Rekonstruktion (Compressed Sensing), die die Rekonstruktion von Bildern aus stark unterbewerteten Daten ermöglicht, wenn das rekonstruierte Bild in einem bekannten Bereich spärlich ist und Undersampling-Artefakte inkohärent sind17.
Bewegung in der fetalen Bildgebung stellt eine große Herausforderung dar. Bewegungsverfälschung kann durch mütterliche Atembewegung, mütterliche Massenbewegung oder grobe fetale Bewegung entstehen. Die mütterliche Atmung führt zu periodischen Übersetzungen des Fötus, während fetale Bewegungen komplexer sind. Fetale Bewegungen können als lokalisiert oder brutto10,18 klassifiziert werden. Lokalisierte Bewegungen beinhalten die Bewegung von nur Segmenten des Körpers. Sie dauern typischerweise etwa 10-14 s und ihre Häufigkeit nimmt mit der Schwangerschaft zu (~ 90 pro Stunde zum Semester)10. Diese Bewegungen verursachen im Allgemeinen kleine Korruptionen und beeinflussen den interessierenden Bildbereich nicht. Grobe fetale Bewegungen können jedoch zu einer schweren Bildverfälschung mit Komponenten der Bewegung durch die Ebene führen. Diese Bewegungen sind Ganzkörperbewegungen, die durch die Wirbelsäule vermittelt werden und 60-90 s dauern.
Um Artefakte aus der fetalen Bewegung zu vermeiden, werden zunächst Schritte unternommen, um die mütterlichen Bewegungen zu minimieren. Schwangere Frauen werden mit Stützkissen auf dem Scannerbett entspannter gemacht und in bequeme Kittel gekleidet und können ihre Partner neben dem Scanner anwesend haben, um Klaustrophobiezu reduzieren 19,20. Um die Auswirkungen der mütterlichen Atembewegung zu mildern, haben Studien fetale MR-Untersuchungen unter mütterlichem Atemanhaltendurchgeführt 21,22,23. Solche Akquisitionen müssen jedoch kurz sein (~ 15 s) angesichts der reduzierten Atemanhaltetoleranz von schwangeren Probanden. Vor kurzem wurden retrospektive Bewegungskorrekturmethoden für die fetale MRT14,15,16 eingeführt. Diese Methoden verfolgen die fetale Bewegung mithilfe von Registrierungs-Toolkits und korrigieren für Bewegung oder verwerfen nicht korrigierbare Teile der erfassten Daten.
Schließlich werden postnatale kardiale MR-Bilder konventionell mit Elektrokardiogramm (EKG) aufgenommen, um die Datenerfassung mit dem Herzzyklus zu synchronisieren. Ohne Gating werden Herzbewegung und pulsierender Fluss aus dem gesamten Herzzyklus kombiniert, wodurch Artefakte entstehen. Leider leidet das fetale EKG-Signal unter Störungen durch das mütterliche EKG-Signal24 und Verzerrungen durch das Magnetfeld25. Daher wurden alternative nicht-invasive Ansätze für das fetale kardiale Gating vorgeschlagen, einschließlich Self-Gating, metrisch optimiertes Gating (MOG) und Doppler-Ultraschall-Gating21,26,27,28.
Wie in den folgenden Abschnitten beschrieben, nutzt unser MRT-Ansatz zur Quantifizierung des fetalen Blutflusses eine neuartige Gating-Methode, MOG, die in unserem Labor entwickelt und mit Bewegungskorrektur und iterativer Rekonstruktion beschleunigter MRT-Akquisitionen kombiniert wird. Der Ansatz basiert auf einer Pipeline in einer zuvor veröffentlichten Studie14 und besteht aus den folgenden fünf Phasen: (1) fetale Blutflussakquisition, (2) Echtzeit-Rekonstruktionen, (3) Bewegungskorrektur, (4) Herz-Gating und (5) Gated Rekonstruktionen.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>elastix</td>
			<td>Image Sciences Institute, University Medical Center Utrecht</td>
			<td></td>
			<td>Image registration software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Geforce GTX 960&#160;</td>
			<td>Nvidia&#160;</td>
			<td>04G-P4-3967-KR</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>gpuNUFFT</td>
			<td>CAI&#178;R</td>
			<td></td>
			<td>Non-uniform fast Fourier transform</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MAGNETOM Prisma</td>
			<td>Siemens</td>
			<td>10849583</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MATLAB</td>
			<td>MathWorks</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Radial Phase Contrast MRI sequence</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Trajectory modification of manufacturer&#39;s Cartesian Phase Contrast sequence</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Segment</td>
			<td>Medvisio</td>
			<td></td>
			<td>Data analysis</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>VENGEANCE</td>
			<td>Corsair</td>
			<td>LPX DDR4-2666&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

human fetal blood flow quantification with magnetic resonance imaging and motion compensation

Die Magnetresonanztomographie (MRT) ist ein wichtiges Werkzeug zur klinischen Beurteilung der kardiovaskulären Morphologie und Herzfunktion. Es ist auch der anerkannte Behandlungsstandard für die Quantifizierung des Blutflusses auf der Grundlage der Phasenkontrast-MRT. Während eine solche Messung des Blutflusses bei Erwachsenen seit Jahrzehnten möglich ist, wurden erst kürzlich Methoden entwickelt, um diese Fähigkeit auf den fetalen Blutfluss auszudehnen.
Die Quantifizierung des fetalen Blutflusses in großen Gefäßen ist wichtig für die Überwachung fetaler Pathologien wie angeborener Herzfehler (KHK) und fetaler Wachstumsrestriktion (FGR). KHK verursacht Veränderungen in der Herzstruktur und im Gefäßsystem, die den Blutverlauf im Fötus verändern. Bei FGR wird der Weg des Blutflusses durch die Erweiterung der Shunts so verändert, dass die sauerstoffreiche Blutversorgung des Gehirns erhöht wird. Die Quantifizierung des Blutflusses ermöglicht die Beurteilung des Schweregrads der fetalen Pathologie, was wiederum ein geeignetes In-utero-Patientenmanagement und eine Planung für die postnatale Versorgung ermöglicht.
Zu den primären Herausforderungen bei der Anwendung der Phasenkontrast-MRT auf den menschlichen Fötus gehören eine kleine Blutgefäßgröße, eine hohe fetale Herzfrequenz, eine mögliche MRT-Datenkorruption aufgrund der mütterlichen Atmung, unvorhersehbare fetale Bewegungen und das Fehlen konventioneller kardialer Gating-Methoden zur Synchronisierung der Datenerfassung. Hier beschreiben wir die jüngsten technischen Entwicklungen aus unserem Labor, die die Quantifizierung des fetalen Blutflusses mittels Phasenkontrast-MRT ermöglicht haben, einschließlich Fortschritten in der beschleunigten Bildgebung, Bewegungskompensation und Herz-Gating.

Im Allgemeinen zielen Phasen-MRT-Untersuchungen des Flusses auf sechs große fetale Gefäße ab: die absteigende Aorta, die aufsteigende Aorta, die Hauptpulmonalarterie, den Ductus arteriosus, die obere Hohlvene und die Nabelvene. Diese Gefäße sind für den Kliniker von Interesse, da sie oft mit KHK und FGR in Verbindung gebracht werden und die Blutverteilung im gesamten Fötus beeinflussen9. Eine typische Scandauer mit der radialen Phasenkontrast-MRT beträgt 17 s pro Gefäß, so dass die Scans...

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Human Fetal Blood Flow Quantification with Magnetic Resonance Imaging and Motion Compensation

Hier präsentieren wir ein Protokoll zur schnellen Messung des fetalen Blutflusses mit MRT und zur retrospektiven Durchführung von Bewegungskorrektur und Herz-Gating.

Quantifizierung des menschlichen fetalen Blutflusses mit Magnetresonanztomographie und Bewegungskompensation

Magnetic resonance imaging (MRI) is an important tool for the clinical assessment of cardiovascular morphology and heart function. It is also the ...

Die fetale MRT steht vor mehreren Herausforderungen. Dieses Protokoll befasst sich mit den Problemen der fetalen Bewegung, hohen, räumlichen und zeitlichen Auflösungsanforderungen und dem Mangel an externen Gating-Methoden. Diese Technik nutzt die beschleunigte Bildgebung durch komprimierte Sensorik, die die Bildgebungszeit reduziert, die fetale Bewegung retrospektiv korrigiert und die Extraktion der fetalen Herzfrequenz durch metrisch optimiertes Gating ermöglicht.Derzeit ist diese Technik nur für die Forschung gedacht, hat jedoch das Potenzial für die Überwachung und Therapieberatung für fetale Pathologien wie angeborene Herzfehler und intrauterine Wachstumsbeschränkung. Nachdem Sie der Mutter in einer geeigneten bequemen Position auf dem MRT-Tisch geholfen haben, stellen Sie das Instrument so ein, dass es eine Lokalisierungsuntersuchung durchführt, um den fötalen Körper mit einer Auflösung von 0,9 x 0,9 x 10 Kubikzentimetern, einer Echozeit von fünf Millisekunden, einer Wiederholungszeit von 15 Millisekunden, einem Sichtfeld von 450 x 450 Quadratmillimetern und sechs Scheiben zu lokalisieren. Stellen Sie die Parameter für die Durchführung einer verfeinerten Lokalisierungsuntersuchung ein, um das fetale Gefäßsystem mit der Schnittgruppe zu lokalisieren, die auf das fetale Herz zentriert ist, mit einer Auflösung von 1,1 x 1,1 mal sechs Kubikmillimetern, einer Echozeit von 2,69 Millisekunden, einer Wiederholungszeit von 1335,4 Millisekunden, einem Sichtfeld von 350 x 350 Quadratmillimetern, 10 Scheiben und einer axialen Ausrichtung des Fötus.Wiederholen Sie dann die verfeinerten Lokalisatoren mit sagittaler und koronaler Ausrichtung, um eine klarere Sicht auf die fetalen Gefäße zu erhalten. Um den fetalen Blutfluss zu messen, identifizieren Sie nach dem Auffinden der fötalen Gefäße die Gefäße von Interesse. Zum Beispiel ist die absteigende Aorta ein langes, gerades Gefäß in der Nähe der Wirbelsäule in den sagittalen Ebenen, die aufsteigende Aorta und die Hauptpulmonalarterien können als Gefäße identifiziert werden, die den linken bzw. rechten Ventrikel verlassen.Der Ductus arteriosus kann als nachgeschaltetes Segment der Hauptlungenarterie proximal zur absteigenden Aorta verfolgt werden. Die obere Hohlvene kann von axialen Ebenen in der Nähe der Basis des fetalen Herzens als das an die aufsteigende Aorta angrenzende Gefäß identifiziert werden. Verschreiben Sie eine Scheibe senkrecht zur Achse des interessierenden fetalen Gefäßes und drehen und bewegen Sie die Schnittleitlinie auf der MRT-Konsole so, dass die Scheibe das Zielgefäß senkrecht schneidet.Stellen Sie die Scanparameter auf eine radiale Phasenkontrast-MRT-Erfassung, eine Auflösung von 1,3 x 1,3 x fünf Kubikmillimetern, eine Echozeit von 3,25 Millisekunden, eine Auflösungszeit von 5,75 Millisekunden, ein Sichtfeld von 240 x 240 Quadratmillimetern, eine Scheibe, eine Geschwindigkeit von 100 bis 150 Zentimetern pro Sekunde und eine Beschichtung je nach Gefäß von Interesse ein. Durch das Flugzeug sieht Radio Geschwindigkeit und Beschichtungsrichtung und 1500 pro Ende Code freie Atmung. Überprüfen Sie nach dem Ausführen des Scans die Verschreibung basierend auf der anfänglichen gemittelten Rekonstruktion, die durchgeführt und auf der MRT-Konsole angezeigt wird. Wiederholen Sie dies für jedes Zielblutgefäß und wenn das Zielgefäß fehlt oder identifizierbar ist.Nach der Rekonstruktion der fetalen Fluss-CINEs laden Sie die rekonstruierten Datendateien in ein geeignetes Flussanalyse-Softwareprogramm und zeichnen Sie einen Bereich von Interesse, der das Lumen des Blutgefäßes umfasst, das in den anatomischen und geschwindigkeitssensitiven Bildern von Interesse ist. Propagieren Sie die Region von Interesse für alle Herzphasen und korrigieren Sie Änderungen im Gefäßdurchmesser. Zeichnen Sie dann die Durchflussmessungen innerhalb jeder Region von Interesse auf.In dieser repräsentativen Analyse stellen die extrahierten Bewegungsparameter für Fötus eins und Fötus zwei die Bewegung der absteigenden Aorta über die Dauer des Scans dar. Hier können die gemeinsamen gegenseitigen Informationen jedes Echtzeitrahmens mit allen anderen gemeinsam registrierten Frames für Fötus eins und Fötus zwei beobachtet werden. Die zweite Echtzeit-Rekonstruktion, die zur Ableitung der kardialen Gating-Informationen verwendet wurde, dauerte 10 Minuten pro Scheibe, und die fetalen Herzschlagintervalle wurden durch metrisch optimiertes Gating unter Verwendung eines Multiparametermodells abgeleitet, wie gezeigt.Abschließende CINE-Rekonstruktionen. Die Verwendung der retrospektiv bewegungskorrigierten und kontrollierten Daten dauerte drei Minuten pro Scheibe und ermöglichte die Erstellung von anatomischen und Geschwindigkeitsrekonstruktionen für die Föten bei Spitzensystole. Rekonstruktionen mit Bewegungskorrektur zeigen Gefäße mit schärferen Wänden.Ohne Bewegungskorrektur ist die absteigende Aorta verschwommener und weniger auffällig. Die gemessenen Strömungskurven von jedem Fötus zeigten höhere Spitzen- und Mittelflüsse in den Rekonstruktionen ohne Bewegungskorrektur als solche mit Bewegungskorrektur. Die Technik wird verwendet, um die Blutverteilung bei fetalen Pathologien zu untersuchen.Eine Erweiterung dieser Methode hat die mehrdimensionale Visualisierung und Messung des fetalen Flusses ermöglicht.

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JoVE Journal

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