Entwicklung und Validierung eines MR-Flussphantoms für kontinuierlichen und pulsatilen Fluss sowie Evaluation zweier schneller 4D-Flusssequenzen

Es sollte mittels eines Flussphantoms evaluiert werden, ob die noch recht junge Technik der beschleunigten vierdimensionalen MR-Flussmessungen – die 4D k-t GRAPPA-Technik –valide quantitative Untersuchungsergebnisse liefert. Des Weiteren sollte überprüft werden, ob diese Technik der beschleunigten parallelen Bildgebung es ermöglicht, vierdimensionale MR-Flussmessungen mit deutlich reduzierter Scanzeit, aber gleicher Bildqualität und Genauigkeit im Vergleich zu konventionellen 2D-Flussmessungen zu akquirieren. Wir verglichen 4D k-t GRAPPA-Messungen mit einer 4D GRAPPA- und einer konventionellen 2D-GRAPPA-Flusssequenz. Alle Messungen wurden fünffach beschleunigt durchgeführt. Als Messobjekt diente ein selbst konstruiertes Flussphantom, welches mit zwei verschiedenen Pumpen für kontinuierlichen und pulsatilen Fluss betrieben wurde. Die am Flussphantom eingestellten Flussvolumina und die daraus errechneten Flussgeschwindigkeiten wurden jeweils als Referenzwerte festgelegt. Für die Analyse der 4D-Datensätze wurde eine eigens entwickelte Software „Bloodline“ verwendet. Ausgewertet wurden die Flussvolumina, sowie die mittleren Fluss- und Spitzenflussgeschwindigkeiten. Abweichungen von ≤ 0,1 l/min für Flussvolumina, bzw. ≤ 5 cm/s für Flussgeschwindigkeiten wurden zuvor als klinisch akzeptabel festgelegt. Es zeigten sich exzellente Korrelationen (r = 0,99 – 1,0) aller MR-Flusssequenzen mit den Referenzwerten, sowie eine hervorragende Reproduzierbarkeit (r = 0,99) für alle Sequenzen. Die Flussvolumen-Messungen bei kontinuierlichem Fluss erbrachten mit allen MR-Sequenzen Abweichungen zu den Referenzwerten von ≤ 0,1 l/min (LOA 2D GRAPPA 0,0 - 0,1 l/min; 4D GRAPPA -0,1 - 0,08 l/min; 4D k-t GRAPPA -0,08 - 0,1 l/min). Die Abweichungen bei Flussgeschwindigkeits-Messungen waren für alle Sequenzen ≤ 1,0 cm/s (LOA 2D GRAPPA 0,0 - 2,0 cm/s; 4D GRAPPA -1,8 - 1,8 cm/s; 4D k-t GRAPPA 0,0 - 2,0 cm/s). Im Vergleich der MR-Flussmessungen untereinander zeigten die Messwerte der konventionellen 2D-Flussmessung die besten Übereinstimmungen mit der 4D k-t GRAPPA-Sequenz (LOA für Flussvolumen -0,08–0,08 l/min; LOA für Flussgeschwindigkeiten -0,8–0,8 cm/s). Zwischen den drei verwendeten Flusssequenzen ergaben sich bei Phantom-Untersuchungen mit kontinuierlichem Fluss also hervorragende Übereinstimmungen ohne klinisch relevante Abweichungen. Für pulsatilen Fluss zeigten sich ebenfalls hervorragende Korrelationen zwischen den Untersuchungsergebnissen aller verwendeten MR-Flusssequenzen (r = 0,99 – 1,0). Besonders die Messergebnisse der mittleren Flussgeschwindigkeiten erbrachten sehr gute Übereinstimmungen zwischen allen drei Flusssequenzen mit Abweichungen der 4D k-t GRAPPA-Sequenz zu 2D GRAPPA von 0,0 cm/s (LOA 0,0 - 1,9 cm/s), bzw. zur 4D GRAPPA-Sequenz von 1,0 cm/s (LOA -0,9 - 1,9 cm/s). Vor allem für Messungen der Flussvolumina (Abweichung 0,2 l/min, LOA 0,0 - 0,4 l/min) und Spitzenflussgeschwindigkeiten (Abweichung 2,0 cm/s, LOA 0,0 - 3,9 cm/s) ergaben k-t GRAPPA-Messungen leicht höhere Messwerte im Vergleich zu den anderen Flusssequenzen. Nach den zuvor bestimmten Entscheidungsgrenzen mussten diese Abweichungen als klinisch relevant eingestuft werden. Bei fehlenden Werten für tatsächlich geförderte Flussvolumina konnte jedoch keine Aussage darüber getroffen werden, welche Sequenzen den tatsächlichen Werten näher kamen. In vergleichbaren Studien wurden solche fünffach beschleunigte k-t GRAPPA-Messungen mit lediglich zweifach beschleunigten GRAPPA-Untersuchungen verglichen und zeigten bessere Übereinstimmungen zu Referenzwerten. Wir stellten demnach die Hypothese auf, dass die fünffache Beschleunigung der GRAPPA-Sequenzen aufgrund der zeitlichen Unschärfe zu einer Unterschätzung der Messwerte führt und die Ergebnisse der k-t GRAPPA-Messungen näher an den tatsächlichen Werten liegen sollten. Die Messungen wurden mit optimalen Venc-Einstellungen durchgeführt; die in etwa zu erwartenden maximalen Flussgeschwindigkeiten waren aus Vorversuchen bekannt. Auch eine Erhöhung der Venc auf etwa das Doppelte der Spitzenflussgeschwindigkeit wirkte sich nicht signifikant auf die Messergebnisse der Flussmessungen aus. Eine fehlerhafte Festlegung der Messebene hingegen (Messebene nicht orthogonal zum Hauptflussvektor) führte zu zunehmenden Unterschätzungen von Flussvolumen und mittlerer Flussgeschwindigkeit in der 2D-Messung, während beide 4D-Messungen davon nicht betroffen waren. Die Scanzeit konnte mit der 4D k-t GRAPPA-Sequenz (etwa 1:30 min) im Vergleich zu 4D GRAPPA-Messungen (3:45 min) erheblich reduziert werden. Die gewonnenen Erkenntnisse bestärken das Vorhaben, die fünffach beschleunigte 4D k-t GRAPPA-Sequenz in einem nächsten Schritt auch für Probanden- und schließlich für Patienten-Untersuchungen zu verwenden und Ergebnisse mit zweifach beschleunigten 2D GRAPPA- und 4D GRAPPA-Messungen zu vergleichen.

Level thesis:degree_level

thesis.doctoral

Grantor dc:publisher

Universität Leipzig

Year

2020

Author dc:creator

• Hübner, Lisa

• 4D Flussmessungen
• beschleunigten MRT-Flussmessungen
• Flussphantom