JoVE Journal > Medicine
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
Automatic Translation
Medicine

CARDIAC magnetisk resonans Imaging på 7 Tesla

Published: January 06, 2019
doi:
10.3791/55853
, , , , , , ,
1The Centre for Advanced Imaging,The University of Queensland, Brisbane, Australia, 2Department of Diagnostic and Interventional Radiology,University Clinic Würzburg, Würzburg, Germany, 3Siemens Healthcare Pty Ltd, Brisbane, Australia, 4Richard Slaughter Centre of Excellence in CVMRI,The Prince Charles Hospital, Brisbane, Australia, 5MRI.Tools GmbH, Berlin, Germany

Summary

Følsomhet gevinst ligger av beryllium felt magnetisk resonans holder løftet ved høy romlig oppløsning avbildning av hjertet. Her beskriver vi en protokoll tilpasset funksjonell hjerte magnetisk resonans (CMR) på 7 Tesla bruker en avansert flerkanals radiofrekvens coil, magnetfelt shimming og en utløsende konsept.

Abstract

CMR på et svært høy felt (magnetisk feltstyrke B0 ≥ 7 Tesla) har signal-til-støy-forhold (SNR) fordelen ligger på høyere magnetiske feltet styrke og potensielt gir forbedret signal kontrast og romlig oppløsning. Mens lovende resultater er oppnådd, er ultra-høy feltet CMR utfordrende energi deponering begrensninger og fysiske fenomener som overføring feltet ikke-uniformities og magnetfelt inhomogeneities. I tillegg gjengir magneto-etter effekten synkroniseringen av datainnsamling med hjerte motion vanskelig. Utfordringene er adressert av undersøkelser i romanen magnetisk resonans teknologi. Hvis alle hindringer kan overvinnes, kan ultra-høy feltet CMR generere nye muligheter for funksjonell CMR, hjerteinfarkt Vevskarakterisering, mikrostruktur imaging eller metabolske bildebehandling. Erkjenner dette potensialet, viser vi at flerkanals radiofrekvens (RF) coil teknologi skreddersydd for CMR 7 Tesla sammen med høyere orden B0 shimming og en backup signal for cardiac utløser forenkler Hi-Fi funksjonelle CMR. Med foreslåtte oppsett, kan hjerte kammer kvantifisering oppnås i eksamen ganger lik de oppnådde på lavere feltstyrken. Dele denne erfaringen og støtter formidling av denne ekspertisen, beskriver dette arbeidet vårt oppsett og skreddersydd for funksjonell CMR på 7 Tesla-protokollen.

Introduction

Hjerte magnetisk resonans (CMR) er bevist klinisk verdi med et voksende utvalg av klinisk indikasjoner1,2. Spesielt evalueringen av cardiac morfologi og funksjon av stor relevans og vanligvis realisert av sporing og visualisere hjertet bevegelse gjennom hele hjerte syklusen hjelp segmentert pusten holdt todimensjonal (2D) cinematograpic ( CINE) Bildeteknikker. Mens en høy spatio-temporale oppløsning, høyt blod-myokard kontrast og høy signal-til-støy-forhold (SNR) er nødvendig, er datainnsamling svært begrenset av hjerte- og respirasjonssykdommer bevegelse og bruk av flere breath-holder samt behovet for hele hjerte eller venstre ventrikkel fører dekning ofte til omfattende skanning. Parallell avbildning, samtidige flere skive imaging eller andre akselerasjon teknikker hjelper for å løse bevegelse relaterte begrensninger3,4,5,6.

Videre, å dra nytte av den iboende SNR få på høyere magnetfelt, høy feltet systemer med B-0 = 3 Tesla er stadig ansatt i klinisk praksis7,8. Utviklingen har også oppmuntret etterforskning ultrahøy feltet (B0≥7 Tesla, f≥298 MHz) CMR9,10,11,12,13,14. Gevinst i SNR og blod-myokard kontrast ligger høyere feltstyrken holder løftet skal overføres til forbedrede funksjonelle CMR bruker romlig oppløsning som overgår dagens grenser15,16, 17. I sin tur nye muligheter for magnetisk resonans (MR) basert hjerteinfarkt Vevskarakterisering, metabolske bildebehandling og mikrostruktur imaging er forventet13. Så langt har flere grupper vist muligheten for CMR 7 Tesla og spesielt skreddersydd ultrahøy feltet teknologi har blitt introdusert17,18,19,20, 21,22. Om disse lovende utvikling, potensialet i ultrahøy feltet CMR kan anses å være ennå uutnyttet13. På samme tid, fysiske fenomener og praktisk hindringer som magnetfelt inhomogeneities, radiofrekvens (RF) eksitasjon feltet ikke-uniformities, av resonans gjenstander, dielektrisk effekter, lokalisert vev oppvarming og feltstyrke uavhengige RF power deponering begrensninger gjør bildebehandling ved ultrahøy utfordrende10,17. Sistnevnte er ansatt å kontrollere RF indusert vev oppvarming og sikker drift. Videre kan elektrokardiogram (ECG) basert utløser bli betydelig påvirket av de magneto-etter (MHD) effekt19,23,24. Utfordringene av kort bølgelengden i vev, var mange-element transceiver RF coil matriser skreddersydd for CMR på 7 Tesla foreslåtte21,25,26,27. Parallell RF-overføringen gir betyr for overføring feltet former, også kjent som B1+ shimming, som tillater for å redusere magnetfelt inhomogeneities og mottakelighet gjenstander18,28. Mens på nåværende stadium, noen av disse tiltakene kan øke eksperimentelle kompleksiteten, begrepene har vist seg nyttig og kan oversettes til de kliniske feltstyrken CMR 1,5 T eller 3 T.

2D balansert steady state gratis presesjon (bSSFP) CINE imaging er foreløpig standard referanse for klinisk funksjonelle CMR 1,5 T og 3 T1. Nylig sekvensen var vellykket ansatt ved 7 Tesla, men mange utfordringer forbli19. Pasienten bestemt B1+ shimming og ekstra RF coil justeringer ble brukt til å behandle RF power deponering begrensninger og forsiktig B0 shimming ble utført for å kontrollere rekkefølgen typisk striper gjenstander. Med en gjennomsnittlig søketiden 93 minutter for venstre ventrikkel (LV) funksjonen vurdering langvarig innsatsen undersøkelse ganger utover klinisk akseptable grenser. Her gi bortskjemt gradient ekko sekvenser et levedyktig alternativ. På 7 Tesla, ble totalt eksamen ganger (29 ± 5) min LV funksjonen vurdering rapportert, som også tilsvarer kliniske tenkelig protokoller på lavere feltet styrker21. Dermed basert bortskjemt gradient ekko CMR fordeler fra lengre T1 avslapning ganger ved ultrahøy som resulterer i en økt blod-myokard kontrast overlegen gradient ekko bildebehandling på 1,5 T. Dette gjengir subtile anatomiske strukturer som pericardium de mitral og trikuspidalklaff ventiler samt papillary musklene godt identifiserbar. Congruously, enig bortskjemt gradient ekko basert cardiac kammer kvantifisering på 7 Tesla tett med LV parametere fra 2D bSSFP CINE bildebehandling på 1,5 T20. Bortsett fra det, ble nøyaktig høyre ventrikkel (RV) kammer kvantifisering nylig demonstrert mulig bruker høy oppløsning bortskjemt gradient ekko sekvensen ved 7 Tesla29.

Erkjennelsen i utfordringer og muligheter for CMR ved svært høy, presenterer dette arbeidet et oppsett og tilpasset funksjonelle CMR oppkjøp på en eksperimentell 7 Tesla forskning skanner-protokollen. Protokollen skisserer det tekniske grunnlaget, viser hvordan hindringer kan overvinnes, og tilbyr praktiske hensyn som bidrar til å holde ekstra eksperimentelle overhead på et minimum. Den foreslåtte tenkelig protokollen utgjør en fire ganger forbedring i romlig oppløsning mot dagens praksis. Det er ment å gi en retningslinje for klinisk adaptere, lege forskere, translasjonsforskning forskere, programmet eksperter, MR radiographers, teknologer og nye aktører i feltet.

Protocol

Studien er godkjent av den etiske komiteen University Queensland, Queensland, Australia og informert samtykke er innhentet fra alle fag i studiet. 1. fag Rekruttere frivillige fag over 18 år internt på universitetet av Queensland. Informert samtykke Informere hvert emne om potensielle risikoer ved gjennomgår eksamen før sikkerhetssonen magnetisk resonans imaging (MRI). Spesielt diskutere ultrahøy magnetfelt eksponering og mulig kontraindikasjoner for gjennomgå…

Representative Results

Representant resultatene av cardiac CINE eksamen fra frivillige er avbildet i Figur 4. Vises diastolisk og systolisk tidsrammer for kort og en fire-kammer lange aksen visninger i menneskets hjerte. Betydelig høyere romlig oppløsning for visningene kort akse (figur 4a, 4b, 4e, 4f) sammenlignet med visningene lange aksen (Figur 4 c, 4 d</stro…

Discussion

Funksjonell CMR eksamen kan gjennomføres i 7 Tesla. Basert på feltstyrke drevet SNR gevinst, kan CINE bilder i menneskets hjerte erverves med betydelig høyere romlig oppløsning sammenlignet med 1.5 eller 3 T. Mens skive tykkelse på 6 til 8 mm og i-flyet voxel kant lengder 1.2 til 2.0 mm brukes ofte på lavere klinisk feltet styrker1,30, målinger på 7 Tesla kunne utføres med en skive tykkelse på 4 mm og en isotropic i-flyet oppløsning 1.0 mm.

<p clas…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Forfatterne bekrefter fasilitetene, og vitenskapelig og teknisk assistanse av nasjonale Imaging anlegg i sentrum for avansert bildebehandling, universitet av Queensland. Vi vil også gjerne takke Graham Galloway og Ian Brereton for deres hjelp til å få CAESIE stipend for Thoralf Niendorf.

Materials

7 Tesla MRI system Siemens Investigational Device
32-Channel -1H-Cardiac Coil MRI.Tools GmbH Transmit/Receive RF Coil for MR Imaging and Spectroscopy at 7.0 Tesla
ECG Trigger Device Siemens
Pulse Trigger Device Siemens
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Kramer, C. M., et al. Standardized cardiovascular magnetic resonance (CMR) protocols 2013 update. Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance. 15 (1), 1 (2013).
  2. Earls, J. P., Ho, V. B., Foo, T. K., Castillo, E., Flamm, S. D. Cardiac MRI: Recent progress and continued challenges. Journal of Magnetic Resonance Imaging. 16 (2), 111-127 (2002).
  3. Wintersperger, B. J., et al. Cardiac CINE MR imaging with a 32-channel cardiac coil and parallel imaging: Impact of acceleration factors on image quality and volumetric accuracy. Journal of Magnetic Resonance Imaging. 23 (2), 222-227 (2006).
  4. Schmitt, M., et al. A 128-channel receive-only cardiac coil for highly accelerated cardiac MRI at 3 Tesla. Magnetic Resonance in Medicine. 59 (6), 1431-1439 (2008).
  5. Wech, T., et al. High-resolution functional cardiac MR imaging using density-weighted real-time acquisition and a combination of compressed sensing and parallel imaging for image reconstruction. RöFo: Fortschritte Auf Dem Gebiete Der Röntgenstrahlen Und Der Nuklearmedizin. 182 (8), 676-681 (2010).
  6. Stäb, D., et al. CAIPIRINHA accelerated SSFP imaging. Magnetic Resonance in Medicine. 65 (1), 157-164 (2011).
  7. Gutberlet, M., et al. Influence of high magnetic field strengths and parallel acquisition strategies on image quality in cardiac 2D CINE magnetic resonance imaging: comparison of 1.5 T vs. 3.0 T. European Radiology. 15 (8), 1586-1597 (2005).
  8. Gutberlet, M., et al. Comprehensive cardiac magnetic resonance imaging at 3.0 Tesla: feasibility and implications for clinical applications. Investigative radiology. 41 (2), 154-167 (2006).
  9. Kraff, O., Fischer, A., Nagel, A. M., Mönninghoff, C., Ladd, M. E. MRI at 7 tesla and above: Demonstrated and potential capabilities: Capabilities of MRI at 7T and Above. Journal of Magnetic Resonance Imaging. 41 (1), 13-33 (2015).
  10. Moser, E., Stahlberg, F., Ladd, M. E., Trattnig, S. 7-T MR-from research to clinical applications?. NMR in Biomedicine. 25 (5), 695-716 (2012).
  11. Hecht, E. M., Lee, R. F., Taouli, B., Sodickson, D. K. Perspectives on Body MR Imaging at Ultrahigh Field. Magnetic Resonance Imaging Clinics of North America. 15 (3), 449-465 (2007).
  12. Niendorf, T., et al. W(h)ither human cardiac and body magnetic resonance at ultrahigh fields? technical advances, practical considerations, applications, and clinical opportunities: Advances in ultrahigh field Cardiac and Body Magnetic Resonance. NMR in Biomedicine. 29 (9), 1173-1179 (2016).
  13. Niendorf, T., Sodickson, D. K., Krombach, G. A., Schulz-Menger, J. Toward cardiovascular MRI at 7 T: clinical needs, technical solutions and research promises. European Radiology. 20 (12), 2806-2816 (2010).
  14. Niendorf, T., et al. Progress and promises of human cardiac magnetic resonance at ultrahigh fields: A physics perspective. Journal of Magnetic Resonance. 229, 208-222 (2013).
  15. Hinton, D. P., Wald, L. L., Pitts, J., Schmitt, F. Comparison of Cardiac MRI on 1.5 and 3.0 Tesla Clinical Whole Body Systems. Investigative Radiology. 38 (7), 436-442 (2003).
  16. Ohliger, M. A., Grant, A. K., Sodickson, D. K. Ultimate intrinsic signal-to-noise ratio for parallel MRI: Electromagnetic field considerations. Magnetic resonance in medicine. 50 (5), 1018-1030 (2003).
  17. Vaughan, J. T., et al. Whole-body imaging at 7T: Preliminary results. Magnetic Resonance in Medicine. 61 (1), 244-248 (2009).
  18. Hezel, F., Thalhammer, C., Waiczies, S., Schulz-Menger, J., Niendorf, T. High Spatial Resolution and Temporally Resolved T2* Mapping of Normal Human Myocardium at 7.0 Tesla: An Ultrahigh Field Magnetic Resonance Feasibility Study. PLOS ONE. 7 (12), e52324 (2012).
  19. Suttie, J. J., et al. 7 Tesla (T) human cardiovascular magnetic resonance imaging using FLASH and SSFP to assess cardiac function: validation against 1.5 T and 3 T. NMR in biomedicine. 25 (1), 27-34 (2012).
  20. von Knobelsdorff-Brenkenhoff, F., et al. Cardiac chamber quantification using magnetic resonance imaging at 7 Tesla-a pilot study. European Radiology. 20 (12), 2844-2852 (2010).
  21. Winter, L., et al. Comparison of three multichannel transmit/receive radiofrequency coil configurations for anatomic and functional cardiac MRI at 7.0T: implications for clinical imaging. European Radiology. 22 (10), 2211-2220 (2012).
  22. Schmitter, S., et al. Cardiac imaging at 7 tesla: Single- and two-spoke radiofrequency pulse design with 16-channel parallel excitation: Cardiac Imaging at 7T. Magnetic Resonance in Medicine. 70 (5), 1210-1219 (2013).
  23. Krug, J., Rose, G., Stucht, D., Clifford, G., Oster, J. Limitations of VCG based gating methods in ultra high field cardiac MRI. Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance. 15 (Suppl 1), W19 (2013).
  24. Stäb, D., Roessler, J., O’Brien, K., Hamilton-Craig, C., Barth, M. ECG Triggering in Ultra-High Field Cardiovascular MRI. Tomography. 2 (3), 167-174 (2016).
  25. Gräßl, A., et al. Design, evaluation and application of an eight channel transmit/receive coil array for cardiac MRI at 7.0T. European Journal of Radiology. 82 (5), 752-759 (2013).
  26. Graessl, A., et al. Modular 32-channel transceiver coil array for cardiac MRI at 7.0T. Magnetic Resonance in Medicine. 72 (1), 276-290 (2014).
  27. Snyder, C. J., et al. Initial results of cardiac imaging at 7 tesla. Magnetic Resonance in Medicine. 61 (3), 517-524 (2009).
  28. Meloni, A., et al. Detailing magnetic field strength dependence and segmental artifact distribution of myocardial effective transverse relaxation rate at 1.5, 3.0, and 7.0 T: Magnetic Field Dependence of Myocardial R 2 *. Magnetic Resonance in Medicine. 71 (6), 2224-2230 (2014).
  29. von Knobelsdorff-Brenkenhoff, F., et al. Assessment of the right ventricle with cardiovascular magnetic resonance at 7 Tesla. Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance. 15, 23 (2013).
  30. Petersen, S. E., et al. Reference ranges for cardiac structure and function using cardiovascular magnetic resonance (CMR) in Caucasians from the UK Biobank population cohort. Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance. 19 (1), (2017).
  31. Frauenrath, T., et al. Feasibility of cardiac gating free of interference with electro-magnetic fields at 1.5 Tesla, 3.0 Tesla and 7.0 Tesla using an MR-stethoscope. Investigative radiology. 44 (9), 539-547 (2009).
  32. Frauenrath, T., et al. Acoustic cardiac triggering: a practical solution for synchronization and gating of cardiovascular magnetic resonance at 7 Tesla. Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance. 12 (1), 67 (2010).
  33. Schroeder, L., et al. A Novel Method for Contact-Free Cardiac Synchronization Using the Pilot Tone Navigator. Proceedings of the International Society for Magnetic Resonance in Medicine. 24, 3103 (2016).

Tags

Cardiac MRI7 TeslaUltra-high FieldMulti-channel RF CoilSubject PositioningB0 ShimmingECG TriggeringMyocardial Function AssessmentSpatial ResolutionTransceiver ArrayPatient Table SetupPower-splitterPhase-shifterTransmit-receive Interface

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Stäb, D., Al Najjar, A., O’Brien, K., Strugnell, W., Richer, J., Rieger, J., Niendorf, T., Barth, M. Cardiac Magnetic Resonance Imaging at 7 Tesla. J. Vis. Exp. (143), e55853, doi:10.3791/55853 (2019).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image