Name: Menselijke foetale bloedstroomkwantificering met magnetische resonantie beeldvorming en bewegingscompensatie (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2021-01-07T13:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 56 s
Description: Leer een MRI-protocol voor het kwantificeren van foetale bloedstroom met bewegingscompensatie en retrospectieve correctie. Deze methode versnelt beeldvorming en ondersteunt monitoring van aangeboren hartafwijkingen.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

playerTrialDesktop

Alle MRI-scans werden uitgevoerd met geïnformeerde toestemming van vrijwilligers als onderdeel van een studie die is goedgekeurd door onze institutionele onderzoeksethiekraad.
OPMERKING: De hieronder beschreven methoden zijn gebruikt op een 3T MRI-systeem. De acquisitie wordt uitgevoerd met behulp van een radiale fasecontrast MRI-sequentie. Deze sequentie werd voorbereid door het uitleestraject te wijzigen (om een stellaatpatroon te bereiken) van de cartesische fasecontrast-MRI van de fabrikant. De sequentie- en monsterprotocollen zijn op aanvraag beschikbaar via ons C2P-uitwisselingsplatform. Alle reconstructies in dit werk werden uitgevoerd op een standaard desktopcomputer met de volgende specificaties: 32 GB geheugen, 3,40 GHz processor met 8 cores en 2GB grafische kaart met 1024 compute unified device architecture (CUDA) cores. Beeldreconstructie werd uitgevoerd op MATLAB. Nonuniform fast Fourier transform (NUFFT)29 werd uitgevoerd op de graphics processing unit (GPU). Bewegingscorrectieparameters werden berekend met behulp van elastix30. Figuur 1 toont het protocol in een chronologische volgorde en houdt bij hoe de verkregen snelheidscodes (kleurgecodeerd in figuur 1) worden verwerkt met representatieve afbeeldingen in elk stadium van de reconstructie. De reconstructiecode is beschikbaar op https://github.com/datta-g/Fetal_PC_MRI. Hoewel we hier de stappen in het protocol bieden, zijn de meeste van deze algoritmestappen geautomatiseerd in onze pijplijn.
1. Vakpositionering en lokalisatie-examens
<ol><li>Help de moeder bij het positioneren van zichzelf op de MRI-tafel in haar favoriete comfortabele positie, meestal liggende of laterale decubitusposities, voor het MRI-onderzoek.</li>
	<li>Plaats de hartspoel over de buikstreek van de moeder.</li>
	<li>Laad de MRI-tabel in de magneetboring en laat de moeder weten dat de scan op het punt staat te beginnen.</li>
	<li>Voer een lokalisatieonderzoek uit om het foetale lichaam te lokaliseren (resolutie: 0,9 x 0,9 x 10 mm3, TE / TR: 5,0 / 15,0 ms, FOV: 450 x 450 mm2, plakjes: 6).</li>
	<li>Voer een verfijnd lokalisatieonderzoek uit om de foetale vasculatuur te lokaliseren met de plakgroep gecentreerd op het foetale hart (resolutie 1,1 x 1,1 x 6,0 mm3, TE / TR: 2,69 / 1335,4 ms, FOV: 350 x 350 mm2, plakjes: 10, oriëntatie: axiale tot foetus).</li>
	<li>Herhaal de verfijnde localizers met sagittale en coronale oriëntaties voor een duidelijker beeld van de foetale vaten.</li>
	<li>Herhaal de verfijnde lokalisaties in gevallen van grove foetale beweging.</li>
</ol>2. Verwerving van foetale bloedstroomgegevens
<ol><li>Lokaliseer foetale vaten met behulp van de lokalisatie-examens. De dalende aorta is bijvoorbeeld een lang recht vat bij de wervelkolom in de sagittale vlakken. De opgaande aorta en de belangrijkste longslagaders kunnen worden geïdentificeerd als bloedvaten die respectievelijk de linker- en rechterventrikels verlaten. De ductus arteriosus kan worden gevolgd als een stroomafwaarts segment van de hoofdlongslagader proximaal tot aan de dalende aorta. De superieure vena cava kan worden geïdentificeerd uit axiale vlakken in de buurt van de basis van het foetale hart als het vat naast de opgaande aorta.</li>
	<li>Schrijf een plakje loodrecht op de as van het foetale vat van belang voor. Draai en verplaats de slice-richtlijn op de MRI-consolecomputer zodanig dat deze het doelvat loodrecht kruist.</li>
	<li>Stel de scanparameters in (acquisitietype: radiaal fasecontrast MRI, resolutie: 1,3 x 1,3 x 5,0 mm3, echotijd (TE)/ herhalingstijd (TR): 3,25/5,75 ms, gezichtsveld (FOV): 240 x 240 mm2, plak: 1, snelheidscodering: 100-150 cm/s afhankelijk van het interessevat, snelheidscoderingsrichting: doorvlak, radiale weergaven: 1500 per codering, vrije ademhaling).</li>
	<li>Voer de scan uit en controleer het recept op basis van de initiële tijdgemiddelde reconstructie die is uitgevoerd en weergegeven op de MRI-consolecomputer. Herhaal de lokalisatie- en fasecontrastscans als het doelvat afwezig is of niet kan worden geïdentificeerd vanaf de eerste reconstructie. Verkregen ruwe gegevens worden weergegeven in het schema in figuur 1A met de snelheid gecompenseerd en door middel van vlakaankopen kleur gecodeerd als respectievelijk rood en blauw.</li>
	<li>Herhaal de foetale bloedstroomgegevensverzameling voor elk doelbloedvat. OPMERKING: De verkregen onbewerkte gegevens (indeling: DAT-bestanden) moeten worden overgedragen voor offline reconstructie. Op Siemens-scanners kan dit bijvoorbeeld worden uitgevoerd door 'twix' uit te voeren. De verkregen ruwe gegevens worden met de rechtermuisknop aangeklikt vanuit de lijst acquisities en "copy total raid file" wordt gekozen.</li>
</ol>3. Bewegingscorrectie van foetale metingen
<ol><li>Reconstrueer real-time reeksen (temporele resolutie: 370 ms, radiale weergaven: 64) uit de verkregen gegevens met behulp van CS met 15 iteraties van een geconjugeerde gradiëntafdalingsoptimalisatie waarbij gebruik wordt gemaakt van ruimtelijke totale variatie (STV, gewicht: 0,08) waarbij gebruik wordt gemaakt van ruimtelijke totale variatie (STV, gewicht: 0,08) regularisatie zoals weergegeven door het schema in figuur 1B.</li>
	<li>Selecteer een regio van belang (ROI) die het schip van belang omvat van deze eerste real-time reconstructie met behulp van een grafische gebruikersinterface die is ontwikkeld in MATLAB. In deze stap moet de gebruiker een contour tekenen die de foetale anatomie omsluit, zoals de grote bloedvaten van het doelwit of het foetale hart.</li>
	<li>Voer rigid-body motion tracking uit met elastix30 (gebaseerd op genormaliseerde wederzijdse informatie met empirisch geoptimaliseerde parameters: 4 piramideniveaus, 300 iteraties en translationele transformaties).</li>
	<li>Bijgehouden real-time frames afwijzen die lage wederzijdse informatie (MI) delen met alle andere frames (waarbij MI minder dan 1,5x het interkwartielbereik van de gemiddelde MI is). Deze frames worden geacht te worden weergegeven door middel van vlakbeweging of grove foetale beweging.</li>
	<li>Gebruik de MRI-gegevens die overeenkomen met de langste reeks continue real-time frames (zonder hiaten) van de resterende frames als de rustperiode die wordt gebruikt voor verdere reconstructie.</li>
	<li>Interpoleer translationele bewegingscorrectieparameters van de temporele resolutie van de real-timereeks (370 ms) tot de TR van de rustacquisitie (5,75 ms).</li>
	<li>Pas geïnterpoleerde parameters toe op de gedefinieerde rustperiode van de MRI-gegevens door de fase te moduleren als in: <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/61953/61953_eq01.png"> waarbij s' de bewegingsgecorrigeerde gegevens zijn, kx en ky de coördinaten in de k-ruimte, s de verkregen ongecorrigeerde gegevens, Δx en Δy de gevolgde verplaatsingen in de ruimte zijn en j staat voor <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/61953/61953eq2.jpg">. OPMERKING: Alle numerieke waarden van regularisatiecoëfficiënten in dit werk werden geoptimaliseerd in eerdere experimenten. Dit werd bereikt met behulp van een brute-force grid-zoekopdracht om de regularisatiecoëfficiënten te vinden die de fout minimaliseerden tussen reconstructies van een zeer bemonsterde foetale referentiedataset en retrospectief onderbemonsterde gevallen uit dezelfde dataset.</li>
</ol>4. Oplossen voor foetale hartslag
<ol><li>Reconstrueer een tweede real-time beeldreeks met een hogere temporele resolutie (temporele resolutie: 46 ms, radiale weergaven: 8) met behulp van de verkregen gegevens met behulp van CS, opnieuw met 15 iteraties van een geconjugeerde gradiëntafdalingsoptimalisatie met STV (gewicht: 0,008) en TTV (gewicht: 0,08) regularisatie zoals weergegeven door het schema in figuur 1C.</li>
	<li>Selecteer opnieuw een ROI die het foetale vat van belang omvat.</li>
	<li>Voer multiparameter MOG uit op de real-time serie om de tijdsafhankelijke foetale hartslag af te leiden.</li>
	<li>Bin-beweging corrigeerde MRI-gegevens in 15 hartfasen met behulp van de afgeleide hartslaggolfvorm. In deze stap worden de temporele grenzen van de hartfasen berekend met behulp van de hartslag van de vorige stap. De grenzen voor de ith fase in de kth hartslag worden bijvoorbeeld gegeven door: <img alt="Equation 2a" src="/files/ftp_upload/61953/61953_eq1a.png"> <img alt="Equation 2b" src="/files/ftp_upload/61953/61953_eq1b.png"> waarbij HR(K) het tijdstip is waarop de kth hartslag optreedt. De tijdstempel van de nde radiale acquisitie wordt gegeven door (n x TR). Gegevens met tijdstempels die binnen de grenzen van een hartfase vallen, worden aan die fase toegewezen. OPMERKING: MOG is een gating-techniek26 die iteratief binning van de verkregen gegevens omvat op basis van een foetaal hartslagmodel met meerdere parameters om CINE-afbeeldingen te maken die een beeldmetriek optimaliseren over een interessegebied.</li>
</ol>5. Reconstructie van foetale CINEs
<ol><li>Reconstrueer foetale flow CINE's met behulp van de binned motion gecorrigeerde MRI-gegevens en CS met 10 iteraties van een geconjugeerde gradiëntafdalingsoptimalisatie met STV (gewicht: 0,025) en TTV (gewicht: 0,01) regularisatie. In deze stap worden twee CINE's geproduceerd: één voor de flowcompenseerde acquisitie, CFC, en één met de stroomgecodeerde gegevens, CFE, zoals weergegeven in het schema in figuur 1D.</li>
	<li>Bereken het snelheidsbeeld dat wordt gegeven door de fase van het elementgewijze product van CFE en het complexe conjugaat van CFC.</li>
	<li>Pas achtergrondfasecorrectie31 toe om te corrigeren voor wervelstroomeffecten. Kortom, in deze automatische stap wordt een vlak aangebracht op de fase van statische foetale en maternale weefsels. De correctie wordt uitgevoerd door het vlak af te trekken van de snelheidsgevoelige fase berekend in 4.2.</li>
	<li>Schrijf gereconstrueerde gegevens in DICOM-bestanden.</li>
	<li>Laad DICOMs in stroomanalysesoftware, zoals Segment v2.232.</li>
	<li>Teken een ROI die het lumen van het betreffende bloedvat omvat met behulp van de anatomische en snelheidsgevoelige beelden.</li>
	<li>Propageer de ROI naar alle hartfasen en corrigeer voor veranderingen in de diameter van het vat.</li>
	<li>Registreer stroommetingen.</li>
</ol>

<ol><li>Zhu, M. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+hemodynamics+of+late-onset+intrauterine+growth+restriction+by+MRI%5BTitle%5D)+AND+%22American+Journal+of+Obstetrics+and+Gynecology%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Reduced+combined+ventricular+output+and+increased+oxygen+extraction+fraction+in+a+fetus+with+complete+heart+block+demonstrated+by+MRI%5BTitle%5D)+AND+%22HeartRhythm+Case+Reports%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Reduced+Fetal+Cerebral+Oxygen+Consumption+is+Associated+With+Smaller+Brain+Size+in+Fetuses+With+Congenital+Heart+Disease%5BTitle%5D)+AND+%22Circulation%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Fetal+aortic+valvuloplasty+for+evolving+hypoplastic+left+heart+syndrome%3A+postnatal+outcomes+of+the+first+100+patients%5BTitle%5D)+AND+%22Circulation%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Intrauterine+growth+restriction%3A+identification+and+management%5BTitle%5D)+AND+%22American+Family+Physician%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Placental+Insufficiency+and+Fetal+Growth+Restriction%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Obstetrics+and+Gynaecology+of+India%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Ductus+venosus+Doppler+in+the+assessment+of+fetal+cardiovascular+health%3A+an+updated+practical+approach%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Obstetricia+et+Gynecologica+Scandinavica%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Feasibility+of+quantification+of+the+distribution+of+blood+flow+in+the+normal+human+fetal+circulation+using+CMR%3A+a+cross-sectional+study%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Cardiovascular+Magnetic+Resonance%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Reference+ranges+of+blood+flow+in+the+major+vessels+of+the+normal+human+fetal+circulation+at+term+by+phase-contrast+magnetic+resonance+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Circulation.+Cardiovascular+Imaging%22%5BJournal%5D)">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://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aPiontelli%2C+A+%22Development+of+Normal+Fetal+Movements%3A+The+Last+15+Weeks+of+Gestation%22">Development of Normal Fetal Movements: The Last 15 Weeks of Gestation</a>. , Springer-Verlag. Mailand. (2015).</li>
<li>Cartier, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+normal+diameter+of+the+fetal+aorta+and+pulmonary+artery%3A+echocardiographic+evaluation+in+utero%5BTitle%5D)+AND+%22American+Journal+of+Roentgenology%22%5BJournal%5D)">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 Fátima Yukie Maeda, M., Niigaki, J. I., Zugaib, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pulmonary+artery+diameters+in+healthy+fetuses+from+19+to+40+weeks%27+gestation%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Ultrasound+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">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., Kozłowska, H., Żurada, A., Gielecki, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Diameter+of+the+ductus+arteriosus+as+a+predictor+of+patent+ductus+arteriosus+%28PDA%29%5BTitle%5D)+AND+%22Central+European+Journal+of+Medicine%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Multidimensional+fetal+flow+imaging+with+cardiovascular+magnetic+resonance%3A+a+feasibility+study%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Cardiovascular+Magnetic+Resonance%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Motion+compensated+cine+CMR+of+the+fetal+heart+using+radial+undersampling+and+compressed+sensing%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Cardiovascular+Magnetic+Resonance%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Fetal+cardiac+cine+imaging+using+highly+accelerated+dynamic+MRI+with+retrospective+motion+correction+and+outlier+rejection%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+Resonance+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Sparse+MRI%3A+The+application+of+compressed+sensing+for+rapid+MR+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+Resonance+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Fetal+movement%3A+development+and+time+course%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Fetal movement: development and time course.</a> Science. 169 (3940), New York, N.Y. 95-97 (1970).</li>
<li>Malamateniou, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Motion-Compensation+Techniques+in+Neonatal+and+Fetal+MR+Imaging%5BTitle%5D)+AND+%22American+Journal+of+Neuroradiology%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((MR+imaging+methods+for+assessing+fetal+brain+development%5BTitle%5D)+AND+%22Developmental+Neurobiology%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Self-gated+fetal+cardiac+MRI+with+tiny+golden+angle+iGRASP%3A+A+feasibility+study%3A+Self-Gated+Fetal+Cardiac+MRI+with+iGRASP%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Magnetic+Resonance+Imaging%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((MR+imaging+of+the+fetal+brain%5BTitle%5D)+AND+%22Pediatric+Radiology%22%5BJournal%5D)">MR imaging of the fetal brain.</a> Pediatric Radiology. 40 (1), 68-81 (2010).</li>
<li>Rodríguez-Soto, A. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((MRI+Quantification+of+Human+Fetal+O2+Delivery+Rate+in+the+Second+and+Third+Trimesters+of+Pregnancy%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+Resonance+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((A+Review+of+Fetal+ECG+Signal+Processing%3B+Issues+and+Promising+Directions%5BTitle%5D)+AND+%22The+Open+Pacing%2C+Electrophysiology+%26+Therapy+Journal%22%5BJournal%5D)">A Review of Fetal ECG Signal Processing; Issues and Promising Directions.</a> The Open Pacing, Electrophysiology & Therapy Journal. 3, 4-20 (2010).</li>
<li>Millis, R. Advances in Electrocardiograms: Methods and Analysis. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aMillis%2C+R+%22BoD+-+Books+on+Demand%22">BoD - Books on Demand</a>. , (2012).</li>
<li>Jansz, M. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Metric+optimized+gating+for+fetal+cardiac+MRI%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+Resonance+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Cardiac+MRI+of+the+fetal+heart+using+a+novel+triggering+method%3A+initial+results+in+an+animal+model%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Magnetic+Resonance+Imaging%3A+JMRI%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Self-gated+cardiac+cine+MRI%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+Resonance+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((gpuNUFFT-An+open+source+GPU+library+for+3D+regridding+with+direct+Matlab+interface%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+22nd+Annual+Meeting+of+ISMRM%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((elastix%3A+a+toolbox+for+intensity-based+medical+image+registration%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Transactions+on+Medical+Imaging%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Semiautomated+method+for+noise+reduction+and+background+phase+error+correction+in+MR+phase+velocity+data%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Magnetic+Resonance+Imaging%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Design+and+validation+of+Segment+-+freely+available+software+for+cardiovascular+image+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22BMC+Medical+Imaging%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Chapter+17+-+Intrauterine%2C+Intrapartum+Assessments+in+the+Term+Infant%5BTitle%5D)+AND+%22Volpe%27s+Neurology+of+the+Newborn+%28Sixth+Edition%29%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Phase+contrast+cine+magnetic+resonance+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+Resonance+Quarterly%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Rapid+flow+assessment+of+congenital+heart+disease+with+high-spatiotemporal-resolution+gated+spiral+phase-contrast+MR+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Radiology%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Perturbed+spiral+real-time+phase-contrast+MR+with+compressive+sensing+reconstruction+for+assessment+of+flow+in+children%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+Resonance+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">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>

Deze methode maakt de niet-invasieve meting van de bloedstroom in menselijke foetale grote bloedvaten mogelijk en maakt retrospectieve bewegingscorrectie en cardiale gating mogelijk door gebruik te maken van iteratieve reconstructietechnieken. Foetale bloedstroomkwantificering is uitgevoerd met MRI in de afgelopen 1,3,8,9. Deze studies hadden een prospectieve be...

Uitgebreide beoordeling van de foetale circulatie is noodzakelijk voor het monitoren van foetale pathologieën zoals foetale groeibeperking (FGR) en congenitale hartziekte (CHD)1,2,3. In de baarmoeder zijn patiëntenbeheer en planning voor postnatale zorg afhankelijk van de ernst van de foetale pathologie 4,5,6,7. Haalbaarheid van foetale bloedstroomkwantificering met MRI en de toepassingen ervan bij het beoordelen van foetale pathologieën zijn onlangs aangetoond 3,8,9. De beeldvormingsmethode wordt echter geconfronteerd met uitdagingen, zoals verhoogde beeldvormingstijden om een hoge spatiotemporale resolutie te bereiken, gebrek aan hartsynchronisatiemethoden en onvoorspelbare foetale beweging10.
Foetale vasculatuur bestaat uit kleine structuren (~ 5 mm diameter voor grote bloedvaten die de dalende aorta, ductus arteriosus, opgaande aorta, hoofdlongslagader en superieure vena cava 11,12,13) omvatten. Om deze structuren op te lossen en de stroming te kwantificeren, is beeldvorming met een hoge ruimtelijke resolutie vereist. Bovendien is de foetale hartslag ongeveer twee keer die van een volwassene. Een hoge temporele resolutie is dus ook nodig om dynamische cardiale beweging en bloedstroom over de foetale hartcyclus op te lossen. Conventionele beeldvorming bij deze hoge spatiotemporale resolutie vereist relatief lange acquisitietijden. Om dit probleem aan te pakken, is versnelde foetale MRI 14,15,16 geïntroduceerd. Kortom, deze versnellingstechnieken omvatten undersampling in het frequentiedomein tijdens data-acquisitie en retrospectieve high-fidelity reconstructie met behulp van iteratieve technieken. Een dergelijke benadering is compressed sensing (CS) reconstructie, die reconstructie van afbeeldingen van zwaar onderbemonsterde gegevens mogelijk maakt wanneer het gereconstrueerde beeld schaars is in een bekend domein en undersampling artefacten onsamenhangend zijn17.
Beweging in foetale beeldvorming vormt een grote uitdaging. Bewegingscorruptie kan ontstaan door maternale ademhalingsbeweging, maternale bulkbeweging of grove foetale beweging. Maternale ademhaling leidt tot periodieke vertalingen van de foetus, terwijl foetale bewegingen complexer zijn. Foetale bewegingen kunnen worden geclassificeerd als gelokaliseerd of bruto 10,18. Gelokaliseerde bewegingen omvatten beweging van alleen segmenten van het lichaam. Ze duren meestal ongeveer 10-14 s en hun frequentie neemt toe met de zwangerschap (~ 90 per uur op termijn)10. Deze bewegingen veroorzaken over het algemeen kleine beschadigingen en hebben geen invloed op het beeldgebied van belang. Grove foetale bewegingen kunnen echter leiden tot ernstige beeldcorruptie met doorgaande vlakbewegingscomponenten. Deze bewegingen zijn bewegingen van het hele lichaam gemedieerd door de wervelkolom en duren 60-90 s.
Om artefacten van foetale beweging te voorkomen, worden eerst stappen ondernomen om maternale bewegingen te minimaliseren. Zwangere vrouwen worden meer ontspannen gemaakt met behulp van ondersteunende kussens op het scannerbed en gekleed in comfortabele jurken en kunnen hun partners naast de scanner laten presenteren om claustrofobie19,20 te verminderen. Om de effecten van maternale ademhalingsbewegingen te verminderen, hebben studies foetale MR-onderzoeken uitgevoerd onder maternale adempauze 21,22,23. Dergelijke acquisities moeten echter kort zijn (~ 15 s) gezien de verminderde adempauzetolerantie van zwangere proefpersonen. Onlangs zijn retrospectieve bewegingscorrectiemethoden geïntroduceerd voor foetale MRI 14,15,16. Deze methoden volgen foetale beweging met behulp van registratietoolkits en corrigeren voor beweging of verwijderen niet-corrigeerbare delen van verkregen gegevens.
Ten slotte worden postnatale cardiale MR-beelden conventioneel verkregen met behulp van elektrocardiogram (ECG) gating om gegevensverzameling te synchroniseren met de hartcyclus. Zonder gating worden hartbeweging en pulsatiele stroom uit de hele hartcyclus gecombineerd, waardoor artefacten worden geproduceerd. Helaas lijdt het foetale ECG-signaal aan interferentie van het maternale ECG-signaal24 en vervormingen van het magnetisch veld25. Daarom zijn alternatieve niet-invasieve benaderingen van foetale cardiale gating voorgesteld, waaronder self-gating, metric optimized gating (MOG) en doppler ultrasound gating 21,26,27,28.
Zoals beschreven in de volgende secties, maakt onze MRI-benadering om de foetale bloedstroom te kwantificeren gebruik van een nieuwe gating-methode, MOG, ontwikkeld in ons laboratorium en gecombineerd met bewegingscorrectie en iteratieve reconstructie van versnelde MRI-acquisities. De aanpak is gebaseerd op een pijplijn in een eerder gepubliceerde studie14 en bestaat uit de volgende vijf fasen: (1) foetale bloedstroomacquisitie, (2) real-time reconstructies, (3) bewegingscorrectie, (4) cardiale gating en (5) gated reconstructies.

<table><tbody><tr><td>elastix</td><td>Image Sciences Institute, University Medical Center Utrecht</td><td></td><td>Image registratie software</td></tr><tr><td>Geforce GTX 960&nbsp;</td><td>Nvidia&nbsp;</td><td>04G-P4-3967-KR</td><td></td></tr><tr><td>gpuNUFFT</td><td>CAI&sup2;R</td><td></td><td>Niet-uniforme snelle Fourier-transformatie</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>Aanpassing van de trajectverloop van de kartesische fase-contrastsequentie van de fabrikant</td></tr><tr><td>Segment</td><td>Medvisio</td><td></td><td>Gegevensanalyse</td></tr><tr><td>VENGEANCE</td><td>Corsair</td><td>LPX DDR4-2666&nbsp;</td><td></td></tr></tbody></table>

menselijke foetale bloedstroomkwantificering met magnetische resonantie beeldvorming en bewegingscompensatie

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

Magnetische resonantie beeldvorming (MRI) is een belangrijk hulpmiddel voor de klinische beoordeling van cardiovasculaire morfologie en hartfunctie. Het is ook de erkende zorgstandaard voor bloedstroomkwantificering op basis van fasecontrast-MRI. Hoewel een dergelijke meting van de bloedstroom al tientallen jaren mogelijk is bij volwassenen, zijn er pas onlangs methoden ontwikkeld om dit vermogen uit te breiden naar de foetale bloedstroom.
Foetale bloedstroomkwantificering in belangrijke bloedvaten is belangrijk voor het monitoren van foetale pathologieën zoals aangeboren hartaandoeningen (CHD) en foetale groeibeperking (FGR). CHD veroorzaakt veranderingen in de hartstructuur en vasculatuur die de loop van het bloed bij de foetus veranderen. Bij FGR wordt het pad van de bloedstroom veranderd door de verwijding van shunts, zodat de zuurstofrijke bloedtoevoer naar de hersenen wordt verhoogd. Bloedstroomkwantificering maakt beoordeling van de ernst van de foetale pathologie mogelijk, wat op zijn beurt geschikt is voor utero-patiëntbeheer en planning voor postnatale zorg.
De belangrijkste uitdagingen van het toepassen van fasecontrast MRI op de menselijke foetus zijn kleine bloedvatgrootte, hoge foetale hartslag, potentiële MRI-gegevenscorruptie als gevolg van maternale ademhaling, onvoorspelbare foetale bewegingen en gebrek aan conventionele cardiale gatingmethoden om gegevensverzameling te synchroniseren. Hier beschrijven we recente technische ontwikkelingen uit ons laboratorium die de kwantificering van de foetale bloedstroom mogelijk hebben gemaakt met behulp van fasecontrast MRI, inclusief vooruitgang in versnelde beeldvorming, bewegingscompensatie en cardiale gating.

Over het algemeen richten fase MRI-onderzoeken van de stroom zich op zes belangrijke foetale vaten: de dalende aorta, opgaande aorta, hoofdlongslagader, ductus arteriosus, superieure vena cava en navelstrenga. Deze vaten zijn van belang voor de clinicus omdat ze vaak betrokken zijn bij CHD en FGR, waardoor de verdeling van bloed door de foetus wordt beïnvloed9. Een typische scanduur met de radiale fasecontrast MRI is 17 s per vat, zodat de scans kort zijn en er ook tijd is voor voldoende gegevensv...

Hier presenteren we een protocol voor het snel meten van de foetale bloedstroom met MRI en het retrospectief uitvoeren van bewegingscorrectie en cardiale gating.

Menselijke foetale bloedstroomkwantificering met magnetische resonantie beeldvorming en bewegingscompensatie

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

Foetale MRI staat voor verschillende uitdagingen. Dit protocol behandelt de problemen van foetale beweging, hoge, ruimtelijke en temporele resolutievereisten en gebrek aan externe gatingmethoden. Deze techniek maakt gebruik van versnelde beeldvorming door middel van gecomprimeerde detectie die de beeldvormingstijd verkort, retrospectief corrigeert voor foetale beweging en extractie van de foetale hartslag mogelijk maakt met behulp van metrische geoptimaliseerde gating.Momenteel is deze techniek alleen voor onderzoek, maar het heeft het potentieel voor de monitoring en therapiebegeleiding voor foetale pathologieën, zoals aangeboren hartaandoeningen en intra-uteriene groeibeperking. Nadat u de moeder in een geschikte comfortabele positie op de MRI-tafel hebt geholpen, stelt u het instrument in om een lokalisatieonderzoek uit te voeren om het foetale lichaam te lokaliseren met een resolutie van 0,9 bij 0,9 bij 10 kubieke centimeter, een echotijd van vijf milliseconden, een herhalingstijd van 15 milliseconden, een gezichtsveld van 450 bij 450 vierkante millimeter en zes plakjes. Stel de parameters in voor het uitvoeren van een verfijnd lokalisatieonderzoek om de foetale vasculatuur te

human-fetal-blood-flow-quantification-with-magnetic-resonance-imaging

Research

JoVE Journal

Medicine

Geneeskunde

Een nauwkeurige en praktische methode om de parameters te meten achtige stam in myocardiale weefsel is van grote klinische waarde, want het is aangetoond, dat de stam is een meer gevoelige en eerder marker voor contractiele dysfunctie dan de vaak gebruikte parameter EF.

Magnetic Resonance Afgeleide myocard Strain Assessment Met behulp van functie Tracking

Een MRI methode om de verdeling van de pulmonale bloedstroom onderzoek onder verschillende fysiologische omstandigheden, in dit geval de blootstelling aan drie verschillende geïnspireerd zuurstof concentraties: hypoxie, normoxia, en hyperoxia, wordt beschreven. Deze techniek maakt gebruik van de menselijke fysiologie pulmonaire onderzoekstechnieken in een MR-scan-omgeving.

Magnetic Resonance Imaging Kwantificering van pulmonale perfusie met geijkte Arterial Spin Labeling

Dit artikel beschrijft technieken om een ​​hoge resolutie van functionele magnetische resonantie beeldvorming uit te voeren met 1,2 mm bemonstering in de menselijke middenhersenen en subcorticale structuren met behulp van een 3T scanner. Het gebruik van deze technieken om topografische kaarten van visuele stimulatie in de menselijke superior colliculus (SC) op te lossen wordt als voorbeeld gegeven.

Hoge resolutie functionele magnetische resonantie imaging methoden voor Human middenhersenen

Foetale en perinatale sterfte is een gemeenschappelijk kenmerk bij het bestuderen van genetische veranderingen die van invloed cardiale ontwikkeling. Hoogfrequente echografie is verbeterd 2-D resolutie en kan uitstekende informatie te verstrekken over de vroege ontwikkeling van het hart en is een ideale methode om de impact op cardiale structuur en functie te detecteren voorafgaand aan het overlijden.

Murine Foetale echocardiografie

Source: Tan, Z., et al., Construction and Application of Cerebral Functional Region-Based Cerebral Blood Flow Atlas Using Magnetic Resonance Imaging-Arterial Spin Labeling. J. Vis. Exp. (2024).This video demonstrates the method to construct a cerebral blood flow atlas by integrating magnetic resonance imaging or MRI-arterial spin labeling data with segmented brain regions, visualizing blood flow patterns, and quantifying flow levels across functional areas.

Developing a Cerebral Blood Flow Atlas for Blood Flow Mapping

Hoge-frequentie echografie beeldvorming van de foetale muis kan imaging resolutie is verbeterd en nauwkeurige niet-invasieve karakterisering van cardiale ontwikkeling en structurele gebreken. Het protocol hierin geschetst is ontworpen om uit te voeren real-time foetale muizen echocardiografie in vivo.

Foetale muis cardiovasculaire Imaging met behulp van een systeem van hoge-frequentie echografie (30 / 45MHZ)

Deze studie beschrijft een uitgebreid cardiovasculair magnetisch resonantie beeldvorming (CMR) protocol om de linker ventriculaire functionele parameters van het muishart te kwantificeren. Het protocol beschrijft de verwerving, nabewerking en analyse van de CMR-beelden en de beoordeling van verschillende cardiale functionele parameters.

Kwantificering van de linkerventrikelfunctie van het muishart, myocardiale spanning en hemodynamische krachten door cardiovasculaire magnetische resonantiebeeldvorming

Ultrasnelle Doppler-echografie (UFUS) met een hoge ruimtelijke resolutie (100 μm) en gevoeligheid is een geschikte niet-invasieve beeldvormingsmodaliteit voor het verkrijgen van een uitgebreid kwalitatief overzicht van de levervasculatuur. UFUS faciliteert ook kwantitatieve metingen van de microvasculatuur, met als doel ons begrip van vaatziektemechanismen te vergroten.

Beeldvorming en kwantificering van het levervaatstelsel van muizen met behulp van ultrasnelle Doppler-echografie

Deze studie integreerde magnetische resonantiebeeldvorming - arteriële spin-labelafbeeldingen om de cerebrale bloedstroom (CBF) -atlas af te leiden voor cerebrale functionele regio's. Het vergelijken van typische CBF-atlassen voor gezonde en chronische cerebrale ischemie bracht significante verschillen aan het licht in regionale CBF-verdelingen, waardoor snelle, niet-invasieve beoordelingen van functionele CBF mogelijk zijn om te helpen bij de diagnose en evaluatie van therapieën.

Constructie en toepassing van cerebrale functionele regio-gebaseerde cerebrale bloedstroomatlas met behulp van magnetische resonantiebeeldvorming - arteriële spin-labeling

We beschrijven hoe parametrische en vectorkaarten van de diffusietensor van de borst te verkrijgen met behulp van magnetische resonantie beeldvorming. Het protocol en de uiteindelijke output na beeldverwerking zijn afgestemd op het volgen van architecturale kenmerken van de borst en het detecteren van kwaadaardige borsttumoren.

Het volgen van de Mammary architectonische kenmerken en het opsporen van borstkanker met Magnetic Resonance Diffusion Tensor Imaging

Leer een MRI-protocol voor het kwantificeren van foetale bloedstroom met bewegingscompensatie en retrospectieve correctie. Deze methode versnelt beeldvorming en ondersteunt monitoring van aangeboren hartafwijkingen.

Menselijke foetale bloedstroomkwantificering met magnetische resonantie beeldvorming en bewegingscompensatie

Meer video's verkennen