Lungenbildgebung mit MRT - DRG€¦ · Institut für Diagnostische und Interventionelle Radiologie...
Transcript of Lungenbildgebung mit MRT - DRG€¦ · Institut für Diagnostische und Interventionelle Radiologie...
Institut für Diagnostische und Interventionelle Radiologie
Direktor: Prof. Dr. Thorsten Bley
Lungenbildgebung mit MRTHerbert Köstler
Institut für Diagnostische und Interventionelle Radiologie
Direktor: Prof. Dr. Thorsten Bley
Abteilung für Experimentelle Radiologie
Leiter: Prof. Dr. Herbert Köstler
Anatomie der Lunge
Ast der Lungenarterie
terminale Bronchiole
Kapillargefäße
Alveolen
CT
Rek
on
stru
ktio
n
Patrick J. Lynch | http://de.wikipedia.org/wiki/Lunge | 2006
Lungenfunktion
(min)
)(
t
lVnVentilatio LUFT
(min)
)(
t
lVPerfusion BLUT
Belüftung der Lunge
Durchblutung der Lunge
Lungenfunktion
(min))(
)(
tgm
mlVnVentilatio LUFT
(min))(
)(
tgm
mlVPerfusion BLUT
Belüftung der Lunge
Durchblutung der Lunge
Lungenbildgebung mit MRT
Geringe Protonendichte
Suszeptibilitätsunterschiede
Bewegung, Fluß
Lungenbildgebung mit MRT
Geringe Protonendichteo Optimierte (Sequenz-)Parameter
+ Darstellung des Restvolumens
Suszeptibilitätsunterschiedeo Messung mit UTE
+ O2-verstärkte MRT, interne Diffusions-MRT
Bewegung, Flußo Triggering, Atemstop
+ DCE-MRI, Spin-labeling,
Fourierdekomposition, SENCEFUL
Lungenbildgebung mit MRT
Geringe Protonendichteo Optimierte (Sequenz-)Parameter
+ Darstellung des Restvolumens
Suszeptibilitätsunterschiedeo Messung mit UTE
+ O2-verstärkte MRT, interne Diffusions-MRT
Bewegung, Flußo Triggering, Atemstop
+ DCE-MRI, Spin-labeling,
Fourierdekomposition, SENCEFUL
Lungenbildgebung mit MRT
Geringe ProtonendichteOptimierte (Sequenz-)Parameter
Bierderer et al. Insights Imaging 3; 355:2012
Lungenbildgebung mit MRT
Geringe ProtonendichteOptimierte (Sequenz-)Parameter
Bierderer et al. Insights Imaging 3; 355:2012
Lungenbildgebung mit MRT: Morphologie
► 66jähriger Mann
► Röntgenthorax (a)
► Low dose CT (b)
► MRT: T2-gewichtet (c)
► MRT: T1-gewichtet (d)
► MRT: SSFP (e)
► MRT: T2-gewichtet; Fettsättigung (f)
Bierderer et al. Insights Imaging 3; 355:2012
Lungenbildgebung mit MRT
Geringe Protonendichteo Optimierte (Sequenz-)Parameter
+ Darstellung des Restvolumens
Suszeptibilitätsunterschiedeo Messung mit UTE
+ O2-verstärkte MRT, interne Diffusions-MRT
Bewegung, Flußo Triggering, Atemstop
+ DCE-MRI, Spin-labeling,
Fourierdekomposition, SENCEFUL
Restvolumen
Schwefelhexafluorid
scan times: (a) 260 ms, (b) 780 ms, and (c) 26 s.
Restvolumen
hyperpolarisiertes
Helium-3
Schreiber in Kauzor: MRI of the Lung 2009
Fluor und Helium
FluorProtonen
Restvolumen
Serie von 160 Lungenbildern eines
gesunden Probanden.
http://www.physik.uni-mainz.de/exakt/helium3/forsch/anwend/lung/index.html
Helium
Svenningsen et al., JMRI (2013) 38:1521-1530
► Asthmatiker
► Untersuchung vor und nach
Gabe eines Bronchodilatators
Restvolumen
Lungenbildgebung mit MRT
Geringe Protonendichteo Optimierte (Sequenz-)Parameter
+ Darstellung des Restvolumens
Suszeptibilitätsunterschiedeo Messung mit UTE
+ O2-verstärkte MRT, interne Diffusions-MRT
Bewegung, Flußo Triggering, Atemstop
+ DCE-MRI, Spin-labeling,
Fourierdekomposition, SENCEFUL
Suszeptibilität
http://mpec.sc.mahidol.ac.th/radok/physmath/PHYSICS/k12.htm
MR-Bildgebung
Pulsdiagramm
rf
Spin Echo
SE
T2* T2
90° 180°
Gradienten Echo
GRE
T2*: T2 und intra voxel dephasing
Relaxationszeiten im Lungengewebe
Patrick J. Lynch | http://de.wikipedia.org/wiki/Lunge | 2006
T1: 650 ms 1300 ms 1300 ms
T2: 30 ms
T2*: 10 ms < 2 ms 0,5 ms
0,2 T 1,5 T 3 T
MR-Bildgebung
Pulsdiagramm: GRE
rf
x
y
Akq
TE
TEmin bei GRE: 0,8 ms
MR-Bildgebung
Pulsdiagramm: UTE
rf
x
y
Akq
TEmin bei UTE: < 0,08 ms
TE
radial read out
UTE
Lungenbildgebung mit MRT
Geringe Protonendichteo Optimierte (Sequenz-)Parameter
+ Darstellung des Restvolumens
Suszeptibilitätsunterschiedeo Messung mit UTE
+ O2-verstärkte MRT, interne Diffusions-MRT
Bewegung, Flußo Triggering, Atemstop
+ DCE-MRI, Spin-labeling,
Fourierdekomposition, SENCEFUL
O2-verstärkte MRT
O2 Luft
GewebeO2, gelöst
Dc
T2*
O2-verstärkte MRT
T2*-Karten
M. Beer ,… H. Köstler , et al. Radiologe 2009 · 49:732–738
Navigator.
@ 0,2 T
O2-verstärkte MRT
deutlichen Verkürzung von T2*
M. Beer ,… H. Köstler , et al. Radiologe 2009 · 49:732–738
T2*-Karten
Lungenbildgebung mit MRT
Geringe Protonendichteo Optimierte (Sequenz-)Parameter
+ Darstellung des Restvolumens
Suszeptibilitätsunterschiedeo Messung mit UTE
+ .O2-verstärkte MRT, interne Diffusions-MRT
Bewegung, Flußo Triggering, Atemstop
+ DCE-MRI, Spin-labeling,
Fourierdekomposition, SENCEFUL
IVIM
https://en.wikipedia.org/wiki/Intravoxel_incoherent_motion; Patel et al. JMRI 2010 · 31: 586–600
Diffusion-weighted SE
Diffusion-weighted MRI:
intravoxel incoherent motion (IVIM)
IVIM
GintB0Dc/d = 75 mT/m mit Alveolar-Durchmesser d =200 mmB0 = 1,5 TDc = 10 ppm
IVIM
a,b: Reference images acquired in diastole with TM1=2 msec: bint,1 = 3.8 s/mm2
c,d: Blood-suppressed images acquiredin end-systole with TM2=40 msec: bint,2 = 59 s/mm2
IVIM
maps of the blood volume fraction f of the human lung obtained at 1.5T
Lungenbildgebung mit MRT
Geringe Protonendichteo Optimierte (Sequenz-)Parameter
+ Darstellung des Restvolumens
Suszeptibilitätsunterschiedeo Messung mit UTE
+ O2-verstärkte MRT, interne Diffusions-MRT
Bewegung, Flußo Triggering, Atemstop
+ DCE-MRI, Spin-labeling,
Fourierdekomposition, SENCEFUL
Lungenbildgebung mit MRT
Atemstopp
► 66jähriger Mann
► Röntgenthorax (a)
► Low dose CT (b)
► MRT: T2-gewichtet (c)
► MRT: T1-gewichtet (d)
► MRT: SSFP (e)
► MRT: T2-gewichtet; Fettsättigung (f)
Bierderer et al. Insights Imaging 3; 355:2012
Navigator
T2*-Karten
M. Beer ,… H. Köstler , et al. Radiologe 2009 · 49:732–738
@ 0,2 T
Atemstopp Navigator
Lungenbildgebung mit MRT
Geringe Protonendichteo Optimierte (Sequenz-)Parameter
+ Darstellung des Restvolumens
Suszeptibilitätsunterschiedeo Messung mit UTE
+ O2-verstärkte MRT, interne Diffusions-MRT
Bewegung, Flußo Triggering, Atemstop
+ DCE-MRI, Spin-labeling,
Fourierdekomposition, SENCEFUL
Angiographie
TWIST: subtrahiert MIP Coronal, TR: 2,6 ms, TE: 0,9 ms, Flip angle: 27°
80 Schichten je 1,4 mm, Acq: 74 s: 19 time frames alle 3,9 s je 12,25 sFOV: 366 x 390 mm², Matrix: 224 x 352, double dose
Courtesy of Th. Pabst
Perfusion
-5 0 5 10 15 20 25 30 350,0
0,2
0,4
0,6
0,8
fermi
sig
nal in
ten
sit
y
time [s]
g
Perfusion
-5 0 5 10 15 20 25 30 350,0
0,2
0,4
0,6
0,8
fermi
sig
nal in
ten
sit
y
time [s]
perfusion
(blood flow)
g
Perfusion
-5 0 5 10 15 20 25 30 350,0
0,2
0,4
0,6
0,8
fermi
sig
nal in
ten
sit
y
time [s]
mean transit time
MTT
g
Perfusion
-5 0 5 10 15 20 25 30 350,0
0,2
0,4
0,6
0,8
fermi
sig
nal in
ten
sit
y
time [s]
distribution volume
(„blood volume“)
g
Perfusion
=
Ritter et al., MRM, 2006; 56: 844 - 849
Perfusion
scan time per image 300 msec,180 consecutive images of a single coronal slicetotal acquisition time 54 seconds
Perfusion
Signalverlauf in Lunge und TruncusPulmonalis bei verschiedenen KM-Mengen
Perfusion
PBF maps of a healthy volunteer, calculated fromdifferent contrast-agent doses: 0.5 mL (a), 1.0–2.0 mL (c).
-5 0 5 10 15 20 25 30 350,0
0,2
0,4
0,6
0,8
fermi
sig
nal in
ten
sit
y
time [s]
perfusion
(blood flow)
Perfusion
PBV maps of a healthy volunteer, calculated fromdifferent contrast-agent doses: 0.5 mL (a), 1.0–2.0 mL (c).
-5 0 5 10 15 20 25 30 350,0
0,2
0,4
0,6
0,8
fermi
sig
nal in
ten
sit
y
time [s]
distribution volume
(blood volume)
Perfusion
@1.5 T: 32-element coil 3D FLASHTR: 1.74 ms; ET: 0.74 ms;flip angle: 20 degrees; 28 partitionsSchichtdicke 5 mm; field of view, 440 x 480 mm2; matrix size, 100 x 192; R = 3; 6/8 fourier sampling; scan time per slab: 1.5 s; 18 measurements, total acquisition time: 26 s.
Veldhoen et al. Investigative radiology 51, (2015)
Perfusion
„Small contrast boluses of 3 mL for Gd-DTPA, 1.5 mL for Gd-BOPTA, and 1.5mL for gadofosveset provided unbiased perfusion values and sufficient signal yield for lung parenchymameasurements“
Lungenbildgebung mit MRT
Geringe Protonendichteo Optimierte (Sequenz-)Parameter
+ Darstellung des Restvolumens
Suszeptibilitätsunterschiedeo Messung mit UTE
+ O2-verstärkte MRT, interne Diffusions-MRT
Bewegung, Flußo Triggering, Atemstop
+ .DCE-MRI, Spin-labeling,
Fourierdekomposition, SENCEFUL
Spin Labeling: Prinzip
► Spin Labeling
► Auslöschung des Signals durch geeignete Schichtpräparation
► Resultierendes Signal in der Schicht von einfließendem Blut
[1] E. D. Pracht et al. | MRM | 56 | 1347-1351 | 2006
Spin Labeling: Prinzip
TSE Segment t
selektiv global
TI1
TL
TI2
200 400 600 800
t
-1
-0.5
0.5
1
M M0
Zeitlicher Verlauf der Magnetisierung
-M0
global
200 400 600 800
t
-1
-0.5
0.5
1
M M0
global selektiv
Gewebe in der Schicht
Blut außerhalbder Schicht
200 400 600 800
t
-1
-0.5
0.5
1
M M0
selektiv
Gewebe in der Schicht
Blut außerhalbder Schicht
global
TI1
200 400 600 800
t
-1
-0.5
0.5
1
M M0
Gewebe in der Schicht
Blut außerhalbder Schicht
global
TSE Segment
TL
TI2
TSE
S
egm
ent
M/M0
Stäb D. Diplomarbeit, Physik Würzburg 2007
Spin Labeling: Ergebnisse
upper right lower right upper left lower left whole right whole left
Q 1,6 ± 0,4 2,0 ± 0,4 1,3 ± 0,3 1,5 ± 0,4 1,9 ± 0,5 1,6 ± 0,4
@ 0,2 T
► Mehr SNR erforderlich
SNR: 5
Perfusion / (ml /min /ml)
Stäb D. Diplomarbeit, Physik Würzburg 2007
Spin Labeling: Ergebnisse
@ 1,5 T: SEEPAGESNR: 5
Fischer A. et al. JMRI 27:63-70 (2008)
Spin Labeling: Ergebnisse
@ 1,5 T: SEEPAGESNR: 5
Fischer A. et al. JMRI 27:63-70 (2008)
a: HASTE image of a 51-year-old patient suffering from nonsmall-cell lung cancer. b: SEEPAGE perfusion-weighted image
Lungenbildgebung mit MRT
Geringe Protonendichteo Optimierte (Sequenz-)Parameter
+ Darstellung des Restvolumens
Suszeptibilitätsunterschiedeo Messung mit UTE
+ O2-verstärkte MRT, interne Diffusions-MRT
Bewegung, Flußo Triggering, Atemstop
+ .DCE-MRI, Spin-labeling,
Fourierdekomposition, SENCEFUL
Fourier Decomposition
Echtzeitbildgebung
Rapid acquisition of untriggered/ ungated images (ca. 3 images per second, no breathhold, no ECG)
Fourier Decomposition
Before morphingAfter morphing
InspirationReference stateExpiration
Fourier Decomposition
Bauman et al. MRM 62: 656-664 (2009)
Fourier Decomposition
Fourier Transform
Fourier Decomposition
Bauman. et al. MRM 62: 656-664 (2009)
Ventilation Perfusion
Fourier Decomposition
Fourier Decomposition
(A) (B) (C) Qw image
(D) (E) (F) Vw image
very good quality good quality non-diagnostic quality
Lederlin M. et al. Eur. J. Radiol. 82: 1015-1022 (2013)
Fourier Decomposition
Morphological CT in coronal view (a) of a patient with cystic parenchymal defect in the lower lobe of the right lung (arrows) shows a tissue density malformation. A perfusion defect in DCEMRI perfusion map (b) is clearly visible on the perfusion-weighted image (c) obtained using the Fourier decomposition method
CT DCE FD
Lederlin M. et al. Eur. J. Radiol. 82: 1015-1022 (2013)
Lungenbildgebung mit MRT
Geringe Protonendichteo Optimierte (Sequenz-)Parameter
+ Darstellung des Restvolumens
Suszeptibilitätsunterschiedeo Messung mit UTE
+ O2-verstärkte MRT, interne Diffusions-MRT
Bewegung, Flußo Triggering, Atemstop
+ .DCE-MRI, Spin-labeling,
Fourierdekomposition, SENCEFUL
SENCEFUL
Acquisition of a short non-phase-encoded gating signal after each readout step
Measurement: Free breathing, no ECG triggering
Imaging
DC signal
Fischer A. et al. NMRBioMed 27: 907-917 (2014)
SElf-gated Non-Contrast Enhanced FUnctional Lung imagingSENCEFUL
DC Gating
DC signal = sum over all voxels in the volume
Pick a coil near the diaphragm for respiratory gating
Pick a coil near the heart for cardiac gating
Expiration
Inspiration
Fischer A. et al. NMRBioMed 27: 907-917 (2014)
SENCEFUL
Fischer A. et al. NMRBioMed 27: 907-917 (2014)
SENCEFUL
Fischer A. et al. NMRBioMed 27: 907-917 (2014)
SENCEFUL
Fischer A. et al. NMRBioMed 27: 907-917 (2014)
SENCEFUL
Fischer A. et al. NMRBioMed 27: 907-917 (2014)
SENCEFUL setzt keine konstante Atem- / Herzfrequenz
voraus
SENCEFUL
Veldhoen, … Köstler, et al. Radiology: 283: 242 – 251 (2017)
SENCEFUL
Veldhoen, … Köstler, et al. Radiology: 283: 242 – 251 (2017)
B: HASTE: atelectasis of the left upper lobe in a 21-year-old male patient. C: Ventilation-weighted functional SENCEFUL map: ventilation defect. D: HASTE: regional fibrosis andbronchiectasis in this 30-year-old female patient with CF. F: SENCEFUL : ventilation deficits
► Perfusion
SENCEFUL
SENCEFUL
Fischer A. et al. NMRBioMed 27: 907-917 (2014)
SENCEFUL
SENCEFUL SEEPAGE
► Perfusion
SPECT SENCEFUL
Kestler et al. CircImaging 2016
SENCEFUL
ISMRM 20150981
SENCEFUL
0,8
0,9
1,0
1,1
1,2
1,3
1,4
1,5
1,6
1,7
1,8
0 200 400 600 800 1000
Gefäß
Parenchym
Delay / Phase
Zeit [ms]
Rel
. Sig
nal
Perfusion and perfusion phase maps obtained from a healthy volunteer (left) and a 30 year old patient with Cystic Fibrosis (right).
ISMRM 20150981
SENCEFUL
► Perfusion
gesund zystische Fibrose
Veldhoen et al. ISMRM 2016
SENCEFUL
SENCEFUL UTE
ISMRM 2017
Pereira et al. ISMRM 2017
UTE
Rekonstruktion
verschiedener
Atemzustände
ISMRM 2017
SENCEFUL UTE
ISMRM 2017
Lungenbildgebung mit MRT
Geringe Protonendichteo Optimierte (Sequenz-)Parameter
+ Darstellung des Restvolumens
Suszeptibilitätsunterschiedeo Messung mit UTE
+ O2-verstärkte MRT, interne Diffusions-MRT
Bewegung, Flußo Triggering, Atemstop
+ DCE-MRI, Spin-labeling,
Fourierdekomposition, SENCEFUL
Experimentelle Radiologie
Lungenbildgebung mit MRT
„Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!“
Lungenbildgebung mit MRT