Магнитно-резонансная томография сердца на 7 Тесла

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.

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.

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 высоким пространственным разрешением для представления короткой оси (рис. 4a, 4b, 4e, 4f) по сравнению с длинной оси вид (рис. 4 c, 4 d, 4 g, 4 ч). В короткие и длинные оси срезов изображения обеспечивают достаточно сигнал шум и крови миокард контраст четко разграничить миокарда стены, даже при использовании толшины тонкие, как 4 миллиметров. Занятых параллельной визуализации ускорение схеме реконструкции изображений с высоким качеством изображения и без шума заметно повышение.

Благодаря Р-волны признание провала ЭКГ пульс оксиметрии основе запуска была использована для приобретения изображения справа (Рисунок 4e-4 h). Джиттер в пульс оксиметрии сигнал пик индуцированной незначительные движения артефактов, которые были вынесены в периоды сердечного сокращения и расслабления, как подчеркивается в представлении длинной оси, показано на рисунке 4 h (красная стрелка). Пустоты сигнала из-за разрушительного вмешательства в области передачи отмечены желтой стрелки.

Типичная ЭКГ сигналов, полученных в одном канале триггера устройства в одной теме здорового изображены на рисунке 5. При сравнении сигнала ЭКГ, приобретенных вне магнит родила (Рисунок 5a) один, полученные с предметом, дислоцированные в изоцентр магнита (Рисунок 5b), существенные различия становятся очевидными. В ультра-высокой магнитного поля сигнала ЭКГ МГД эффект сильно поврежден. Негативное явление возникает из взаимодействия между проводящие жидкости кровь с внешним магнитным полем. Он вызывает искажения электрическое поле, наложения собственного сердца деполяризации поля и таким образом развращает сигнал, подобрал электроды ЭКГ на субъекта кожи. МГД эффект весы с B0 и особенно выраженным этапах сердечной систолической аорты потока, поэтому затронуты главным образом сегмента S-T сигнала ЭКГ. Хотя Р-волны сигнала ЭКГ обычно влияет не прямо, это может ухудшить Р-волны признание и сердечная синхронизации. Примечательно, что, из-за искажения сигнала ЭКГ, ЭКГ сигналов, полученных при наличии высоких магнитных полей нельзя использовать в качестве индикатора аварийного состояния больного. Представитель импульсный сигнал, полученные внутри магнита родила отображается на рис. 5 c. Импульсный сигнал не подвержен воздействию магнитного поля. Задержку пульсовой волны Р-волны на 0 мс, которые можно ввести артефакты, четко видны.

Рисунок 1 : Экспериментальной установки и элементы из 32 канал сердечной Tx/Rx катушки катушка оборудования. (а, b) Вспомогательные оборудования, состоящий из 7 коробки аппаратных и подключение кабелей BNC помещается в верхнем конце стол пациента в порядке предоставить столько места, как можно скорее для субъекта позиционирования. Элементы задней и передней катушки связаны с восьми кабели к окнам интерфейса. Для системы под рукой массив задней катушки помещается не дальше, чем 1470 мм от верхнего конца таблицы, чтобы обеспечить позиционирование сердца на изоцентр магнита. (c) малой мощности поле разделитель. (d) один разделитель питания и фейзер коробки для задней и передней катушки массива. (e) Tx/Rx интерфейс коробки для передней (вверху) и задний (внизу) катушка массива. Оранжевый и черный Пунктирные стрелки показывают передачи (Tx) и получить (Rx) сигнал пути. (f) предмет на массиве задней катушки. Подголовники на подушке 8 катушка соединителей. Предопределенные катушки месте Помечено с красной этикеткой. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Рисунок 2 : 3rd заказать опору с помощью инструментов системы регулировки и шим. (a) меню Пуск с кнопками «3rd порядок прокладку» и «набор оболочек» программы. (b) «3rd порядок прокладку» инструмент. (c) позиционирование региона регулировки над сердцем. (d) от инструмента «Корректировок» в меню «Параметры». (e) «корректировок» инструмент с кнопками для расчета и применить 2nd порядок ШИМ течений в закладке «3D прокладку» пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Рисунок 3 : Slice планирования для CINE кардиологическим. a планирование из 2-ух камерная локализатор перпендикулярно основным локализатора. (b) планирование перпендикулярно локализатор 4 камеры на 2 камеры локализатор (c) планирование локализатор короткой оси на 2 камеры локализатор (слева) и перпендикулярно на 4 камеры локализатор (справа). d планирование левого желудочка 4 камеры мнение перпендикулярных по короткой оси локализатор (слева) и 2 камеры локализатор (справа). (e) планирование левого желудочка короткой оси ломтики на левого желудочка 4 камеры мнение (слева) и 2 камеры локализатор (справа).

Рисунок 4 : Представитель результаты высокого разрешения кардиологическим CINE по двум предметам с помощью ЭКГ, вызывая (a-d) и импульсов, вызывая (e-h). (а, е) Конечного диастолического сроков середины Вентрикулярная короткой оси среза, приобретенных с пространственным разрешением 1,0 x 1,0 x 4 мм3. (b, f) Соответствующий конец систолическое сроки. (c, g) Конечного диастолического сроки горизонтальной длинной оси среза. (d, h) Соответствующий конец систолическое сроки. Сигнала прерывания, вызванные РФ поле номера равномерность отмечены желтой стрелки. Незначительные триггера ошибки, вызванные задержкой пульсовой волны изображены в представлении длинной оси пульс срабатывает сканирования (красная стрелка). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Рисунок 5 : Представитель ЭКГ сигналов, полученных за пределами и внутри магнита родила на 7 Тесла. () ЭКГ сигнала, полученные в двух каналов (красный, синий) ЭКГ триггера устройства вне магнит родила. R-волна может быть четко выделяются. Триггер события обозначены зеленым цветом. (b) ЭКГ сигнала, полученные на изоцентр магнит 7 Тесла родила. МГД эффект явно влияет на ЭКГ сигнала и особенно элемент S-T сигнала ЭКГ. Сильный сигнал колебания может привести к срабатыванию неправильного. (c) представитель импульсный сигнал, полученные на изоцентр магнит 7 Тесла родила для сравнения. Импульсный сигнал не подвержен воздействию магнитного поля. Обратите внимание, что пульсовой волны задерживается в отношении ЭКГ Р-волны. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Киран о ' Брайен и Джонатан богаче работают в Siemens ООО Австралии. Ян Rieger и Thoralf Ниндорфа являются учредителями МРТ. ИНСТРУМЕНТЫ GmbH, Берлин, Германия. Ян Rieger был технический директор и сотрудник МРТ. ИНСТРУМЕНТЫ GmbH. Thoralf Ниндорф () — Генеральный директор МРТ. ИНСТРУМЕНТЫ GmbH.