Sercowo-naczyniowy rezonans magnetyczny (CMR) ma udowodnioną wartość kliniczną w rosnącym zakresie wskazań klinicznych1,2. W szczególności ocena morfologii i funkcji serca ma ogromne znaczenie i zwykle odbywa się poprzez śledzenie i wizualizację ruchu serca przez cały cykl pracy serca przy użyciu segmentowanych technik obrazowania kinematograficznego (CINE) z wdychanym oddechem (2D). Chociaż wymagana jest wysoka rozdzielczość czasoprzestrzenna, wysoki kontrast krew-mięsień sercowy i wysoki stosunek sygnału do szumu (SNR), pozyskiwanie danych jest silnie ograniczone przez ruch serca i układu oddechowego, a stosowanie wielu wstrzymań oddechu, a także potrzeba pokrycia całego serca lub lewej komory często prowadzi do długiego czasu skanowania. Obrazowanie równoległe, symultaniczne obrazowanie wielowarstwowe lub inne techniki przyspieszania pomagają rozwiązać problemy związane z ruchem3,4,5,6.
Ponadto, aby skorzystać z nieodłącznego przyrostu SNR przy wyższych polach magnetycznych, systemy wysokiego pola o B0 = 3 Tesla są coraz częściej stosowane w rutynowych praktykach klinicznych7,8. Rozwój zachęcił również do badań nad ultrawysokim polem (B0≥7 Tesla, f≥298 MHz) CMR9,10,11,12,13,14. Wzrost SNR i kontrastu krew-mięśni sercowy związany z wyższym natężeniem pola daje nadzieję na przeniesienie do ulepszonego funkcjonalnego CMR przy użyciu rozdzielczości przestrzennej, która przekracza dzisiejsze limity15,16,17. Z kolei spodziewane są nowe możliwości charakterystyki tkanki mięśnia sercowego w oparciu o rezonans magnetyczny (MR), obrazowania metabolicznego i obrazowania mikrostruktury13. Do tej pory kilka grup zademonstrowało wykonalność CMR w 7 Tesla i wprowadzono specjalnie dostosowaną technologię ultra-wysokiego pola17,18,19,20,21,22. Biorąc pod uwagę te obiecujące osiągnięcia, można uznać, że potencjał CMR o ultrawysokim polu jest jeszcze niewykorzystany13. Jednocześnie zjawiska fizyczne i przeszkody praktyczne, takie jak niejednorodność pola magnetycznego, niejednorodność pola wzbudzenia o częstotliwości radiowej (RF), artefakty rezonansowe, efekty dielektryczne, miejscowe ogrzewanie tkanek i niezależne od natężenia pola ograniczenia depozycji mocy RF sprawiają, że obrazowanie w ultrawysokim polu jest trudne10,17. Te ostatnie są wykorzystywane do kontrolowania nagrzewania tkanek wywołanego falami radiowymi i zapewnienia bezpiecznej pracy. Co więcej, na wyzwalanie oparte na elektrokardiogramie (EKG) może mieć znaczący wpływ efekt magnetohydrodynamiczny (MHD)19,23,24. Aby sprostać wyzwaniom związanym z krótką długością fali w tkance, zaproponowano wieloelementowe układy cewek RF nadawczo-odbiorczych dostosowane do CMR przy 7 Teslach21,25,26,27. Równoległa transmisja RF zapewnia środki do kształtowania pola transmisyjnego, znanego również jako podkładkowanie B1 +, co pozwala na zmniejszenie niejednorodności pola magnetycznego i artefaktów podatności18,28. Chociaż na obecnym etapie niektóre z tych środków mogą zwiększyć złożoność eksperymentu, koncepcje okazały się pomocne i mogą zostać przełożone na mocne strony pola klinicznego CMR 1,5 T lub 3 T.
Obecnie, obrazowanie CINE 2D balanced steady state free precession (bSSFP) jest standardem odniesienia dla klinicznego funkcjonalnego CMR przy 1,5 T i 3 T1. Ostatnio sekwencja ta została z powodzeniem zastosowana w 7 Tesla, ale pozostaje wiele wyzwań19. Zastosowano specyficzne dla pacjenta podkładkowanie B1+ i dodatkowe regulacje cewki RF w celu zarządzania ograniczeniami osadzania mocy RF, a także przeprowadzono staranne podkładkowanie B0 w celu kontrolowania typowych artefaktów pasmowania sekwencji. Przy średnim czasie skanowania wynoszącym 93 minuty w celu oceny funkcji lewej komory (LV), wysiłki wydłużyły czas badania poza klinicznie dopuszczalne limity. W tym przypadku zepsute sekwencje echa gradientowego stanowią realną alternatywę. Przy 7 Teslach podano całkowity czas badania (29 ± 5) minut w celu oceny funkcji lewej komna, co dobrze odpowiada protokołom obrazowania klinicznego przy niższych natężeniach pola21. W ten sposób zepsuty CMR oparty na echu gradientowym korzysta z wydłużonych czasów relaksacji T1 w bardzo wysokim polu, co skutkuje zwiększonym kontrastem krew-mięsień sercowy, lepszym niż obrazowanie gradientowe echa przy 1,5 T. Dzięki temu subtelne struktury anatomiczne, takie jak osierdzie, zastawki mitralne i trójdzielne, a także mięśnie brodawkowate są dobrze rozpoznawalne. Zgodnie, zepsuta kwantyfikacja komory serca oparta na echu gradientowym przy 7 Teslach ściśle zgadza się z parametrami LV uzyskanymi z obrazowania 2D bSSFP CINE przy 1,5 T20. Poza tym, dokładna kwantyfikacja komory prawej komory (RV) została niedawno wykazana, że jest możliwa do wykonania przy użyciu sekwencji echa gradientowego o wysokiej rozdzielczości przy 7 Tesla29.
Uznając wyzwania i możliwości CMR na ultrawysokim polu, ta praca przedstawia konfigurację i protokół dostosowany do funkcjonalnego pozyskiwania CMR na eksperymentalnym skanerze badawczym 7 Tesla. Protokół nakreśla podstawy techniczne, pokazuje, w jaki sposób można przezwyciężyć przeszkody, i zawiera praktyczne rozważania, które pomagają ograniczyć dodatkowe koszty ogólne do minimum. Proponowany protokół obrazowania stanowi czterokrotną poprawę rozdzielczości przestrzennej w porównaniu z dzisiejszą praktyką kliniczną. Ma on na celu zapewnienie wytycznych dla adaptatorów klinicznych, lekarzy-naukowców, badaczy translacyjnych, ekspertów ds. zastosowań, radiologów MR, technologów i nowych osób w tej dziedzinie.