Entwicklung effizienter Hybridtechniken für die Magnetresonanztomografie (MRT) bei hohen Feldern mit Anwendung in der Neuroradiologie
Final Report Abstract
Während die klinische Magnetresonanztomografie (MRT) meist bei einer Magnetfeldstärke von 1,5 Tesla durchgeführt wird, finden immer mehr 3 Tesla MRT-Systeme ihren Einsatz im klinischen Alltag und seit kurzem halten auch immer mehr 7 Tesla Ganzkörper-MRT-Systeme Einzug in die Grundlagenforschung. Grundsätzlich führen höhere Magnetfeldstärken zu einem verbesserten Signal-zu-Rausch-Verhältnis, das sich gewinnbringend in eine erhöhte Ortsauflösung oder schnellere Bildaufnahme umsetzen lässt. Ein wesentliches Problem für MRT-Untersuchungen bei hohen Magnetfeldern ist allerdings die im Patienten deponierte Hochfrequenz-(HF)-Energie, welche quadratisch mit zunehmender Feldstärke anwächst. Die deponierte HF-Energie wird durch die spezifische Absorptionsrate (SAR) charakterisiert und durch gesetzliche Normwerte begrenzt. Bereits bei einer Magnetfeldstärke von 3 Tesla werden die SAR-Grenzwerte häufig überschritten und das Messprotokoll muss angepasst werden, um eine Untersuchung durchführen zu können. Typischerweise führt dies dazu, dass entweder die Anzahl der zu untersuchenden Schichten reduziert oder die Messzeit verlängert wird. Es leidet somit die diagnostische Aussagekraft bzw. der Patientenkomfort. Insbesondere bei den klinisch wichtigen Turbo-Spin-Echo (TSE) Sequenzen tritt dieser Fall sehr häufig ein. Die Zielsetzung dieses Projekts war die Entwicklung und Optimierung von effizienten Hybridsequenzen, um Aufnahmen mit den klinisch wichtigen Protonendichte (PD) und T2-Kontrasten mit deutlich geringerer HF-Belastung zu ermöglichen. Insbesondere die „Combined-Acquisition-Technique“ (CAT), welche die modulare Kombination verschiedener MRT Sequenzen ermöglicht, wurde für dieses Projekt herangezogen. Nach erfolgreicher Entwicklung und Programmierung wurde die CAT-Hybridsequenz für neuroradiologische Untersuchungen optimiert und an verschiedenen MRT-Systemen mit Magnetfeldstärken von 1,5 Tesla, 3 Tesla und 7 Tesla bereitgestellt. Die Validierung anhand von Probandenuntersuchungen zeigte, dass mit CAT- Hybridsequenzen eine SAR-Einsparung um ca. 35 - 70 Prozent bei den klinisch wichtigen Aufnahmen mit PD- und T2-Kontrast möglich ist, ohne signifikante Einbußen in der Bildqualität hinnehmen zu müssen. In einer klinischen Patientenstudie wurde die Performanz der CAT-Hybridsequenzen am Krankheitsbild Multiple-Sklerose evaluiert. Insgesamt erwies sich die CAT-Sequenz als diagnostisch äquivalent zur Standard-TSE- Sequenz. Die geringere HF-Belastung durch CAT erwies sich als Vorteil gegenüber TSE und ermöglichte eine bessere Protokoll-Standardisierung und die Messung einer größeren Anzahl von Schichten ohne die SAR- Grenzwerte zu überschreiten. Der große Vorteil von CAT besteht darin, dass zwei Standard-Sequenzen auf modulare Weise miteinander kombiniert werden. Der CAT-Hybridansatz ist deshalb prinzipiell an allen MRT-Systemen relativ einfach umzusetzen. Weiterhin kann CAT mit paralleler MRT oder Hyperechotechniken kombiniert werden, um weitere SAR-Einsparungen zu erzielen. Folgeprojekte sollten weitergehende klinische Evaluierungen beinhalten. Beispielsweise sind Untersuchungen mit dem klinisch wichtigen FLAIR Kontrast sowie höchstaufgelöste Messungen an 7 Tesla MRT-Systemen wünschenswert. Weiterhin sollten Folgeprojekte die Entwicklung von Hybridsequenzen mit alternativen Akquisitionsverfahren (z.B. radiale Datenaufnahme) umfassen, um weitere Effizienzsteigerungen mit CAT erzielen zu können. Wie in diesem Projekt gezeigt wurde, bietet der CAT-Hybridansatz großes Potential, um die technischen Herausforderungen der Hochfeld-MRT in den Griff zu bekommen. Insbesondere bei sehr hohen Magnetfeldstärken ab 7 Tesla erweist sich CAT als einfaches, aber effektives Mittel zur SAR-Einsparung.
Publications
- Mixed-bandwidth acquisitions: signal-to-noise ratio and signal-to-noise efficiency. J Magn Reson Imaging. 2010 Oct;32(4):997-1002
Choli M, Jakob PM, Loeffler RB, Hillenbrand CM
(See online at https://doi.org/10.1002/jmri.22327) - Reduced SAR with BASE Sequence at 7 Tesla. In: Proceedings of the joint annual meeting ISMRM-ESMRMB (2010): Abstract 3033
Neumann D, Choli M, Blaimer M, Bock M, Breuer FA, Jakob PM
- Reduced SAR with Combined Acquisition Technique (CAT) Hybrid Imaging Sequence at 7 Tesla. In: Proceedings of the joint annual meeting ISMRM-ESMRMB (2010): Abstract 3030
Choli M, Breuer FA, Neumann D, Bock M, Hillenbrand CM, Loeffler RB, Jakob PM
- SAR reduced neuro-imaging using TSE- EPI hybrid sequence at 3 T. In: Book of abstracts of the 28th annual meeting of the ESMRMB (2011): Abstract 619
Choli M, Blaimer M, Breuer FA, Ehses P, Bartsch AJ, Jakob PM
- Simultaneous Multi-Slice Imaging in Combination with Phase-Sensitive Parallel MRI. In: Proceedings of the 20th annual meeting of the ISMRM (2012): Abstract 2228
Choli M, Breuer FA, Jakob PM, Blaimer M
- T2-Prepared Combined Acquisition Technique (CAT) for SAR Reduced Neuroimaging. In: Proceedings of the 20th annual meeting of the ISMRM (2012): Abstract 2302
Choli M, Blaimer M, Jakob PM
- Combined acquisition technique (CAT) for high-field neuroimaging with reduced RF power. MAGMA. 2013 Jan 31. [Epub ahead of print]
Choli M, Blaimer M, Breuer FA, Ehses P, Speck O, Bartsch AJ, Jakob PM
(See online at https://doi.org/10.1007/s10334-012-0362-3) - Multiband phase-constrained parallel MRI. Magn Reson Med. 2013 Apr;69(4):974-80
Blaimer M, Choli M, Jakob PM, Griswold MA, Breuer FA
(See online at https://doi.org/10.1002/mrm.24685)
