In der Februar-Ausgabe 1987 des American Journal of Roentgenology, Sechtem et al. berichtete über die aufregende potenzielle Anwendung der Cine-Gradientenecho-Bildgebung zur funktionellen Bewertung von Herzerkrankungen. Auf einem 1,5-T-MR-Scanner verwendete die Technik eine EKG-gesteuerte Gradienten-Echo-Pulssequenz mit TR / TE, 21/12. EKG-Signalinformationen und K-Raum-Bilddaten wurden gleichzeitig erfasst und retrospektiv zur Rekonstruktion von etwa 20 Bildern pro Herzzyklus verarbeitet. Diese Technik, die heute weithin als retrospektives Gating bekannt ist, war Mitte bis Ende der 1980er Jahre neu.
Mit dieser Pulssequenz konnte eine Ganzherzabdeckung über einen Stapel von 10 bis 12 axialen Cine-Akquisitionen in 10-mm-Schritten erreicht werden. Da jedoch während jedes R-R-Intervalls ein einziger Phasenkodierungsschritt durchgeführt wurde, war die Bildgebung notwendigerweise lang, aber innerhalb einer halben Stunde erreichbar. Da die k-Raum-Daten asynchron mit dem Herzzyklus erfasst wurden, musste eine retrospektive Interpolation durchgeführt werden, um die erfassten Daten in äquidistante zeitliche Positionen (Bilder) innerhalb des Herzzyklus neu zu sortieren. Die Verarbeitung zu diesem Zeitpunkt wurde offline durchgeführt und benötigte weitere 30 Minuten (5 Minuten pro Cine-Aufnahme für die 5-6 Aufnahmen, die zum Abbilden der 10-12 Standorte erforderlich waren). Obwohl nach heutigen Maßstäben primitiv, war dies zum Zeitpunkt des Artikels eine bedeutende Leistung. Die Bedeutung der Sechtem et al. artikel ist offensichtlich durch die mehr als 180 Mal wurde es in der veröffentlichten Literatur nach einer Suche der ISI Science Citation Web-Datenbank zitiert.
In einer Serie von 14 gesunden Freiwilligen und 22 Patienten, Sechtem et al. beschrieb das Potenzial der Verwendung der Cine-Gradientenecho-Bildgebung zur Bewertung der regionalen Wandbewegung, der ventrikulären Funktion (z. B. Ejektionsfraktion), der Klappenfunktion (einschließlich der Schätzung regurgitanter Fraktionen) und der intrakardialen Shunts — Anwendungen, die inzwischen für viele MR-Kliniken zur Routinepraxis geworden sind. Die Gradienten-Echo-Technik lieferte Hell-Blut-Signal innerhalb der Herzkammern für eine verbesserte Myokard-Blut-Pool-Differenzierung, die die Autoren postulierten, entstand aus der überlegenen In-Flow-Empfindlichkeit der Pulssequenz für ungesättigtes Blut (Time-of-Flight-Phänomen), eine Hypothese, die jetzt Dogma etabliert ist. Sie hoben auch die Fähigkeit der Cine-Gradienten-Echo-Pulssequenz hervor, Regionen mit gestörter oder turbulenter Strömung als Regionen mit Signalverlust (d. h. ein Merkmal, das weiterhin ein primäres diagnostisches Instrument beim Screening auf Klappeninsuffizienz oder Stenose und zur Bestätigung des Vorhandenseins eines intrakardialen Shunts oder einer hämodynamisch signifikanten Stenose ist .
Die von Sechtem et al. haben die wissenschaftliche Prüfung von fast 2 Jahrzehnten überstanden und auch einige Verbesserungen erfahren. Im Jahr 1991 beschrieben Atkinson und Edelman ein effizienteres und schnelleres Datenerfassungsschema, bei dem mehrere phasencodierte Schritte während jedes Herzschlags erfasst wurden, nämlich durch die Segmentierung von k-Raum-Daten über weniger Herzzyklen. Die K-Raum-Segmentierung reduziert die Cine-Erfassungszeiten drastisch, so dass eine Single-Slice-Cine-Erfassung während eines einzigen Atemstillstands durchgeführt werden kann. Obwohl diese Entwicklung zu einer prospektiv gesteuerten Erfassung der herzventrikulären Bewegung führte, Verbesserungen in der Instrumentierung ergaben eine echte segmentierte K-Raum-Technik mit retrospektiver Interpolation und vollständiger Abdeckung des gesamten R-R-Intervalls .
Zerhouni et al. und Young und Axel führten die fortgeschrittenere Methode der myokardialen Markierung für die Herzwandbewegung durch die Platzierung einer Reihe von Hochfrequenzsättigungsbändern (oder Tags) über den Cine-Bildern vor Beginn der Systole ein. Die Deformation der Tags über den Herzzyklus, nämlich die Systole, ermöglichte die Bewertung der myokardialen Translation und Rotation und der komplexeren Bewegungen, die mit der Herzdrehung verbunden sind. Das Fehlen einer Tag-Deformation entsprach darüber hinaus einem schlecht funktionierenden Myokard.
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Abb. 1A -68-jähriger Mann mit Aorteninsuffizienz. (Siehe auch Abb. S1E, Video, in ergänzenden Daten bei www.ajronline.org ) Auf cine Steady-State-Freipräzessionsbildern in Dreikammeransicht (Systole, A; frühe bis späte Diastole, B-D) Während der Diastole, die von der Aortenklappe zurück in den linken Ventrikel ausgeht, wird ein regurgitanter Strömungsstrahl (Pfeilspitze, B) beobachtet, der mit einer Aorteninsuffizienz übereinstimmt. Ao = Aorta, LA = linker Vorhof, LV = linker Ventrikel.
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Abb. 1B -68-jähriger Mann mit Aorteninsuffizienz. (Siehe auch Abb. S1E, Video, in ergänzenden Daten bei www.ajronline.org ) Auf cine Steady-State-Freipräzessionsbildern in Dreikammeransicht (Systole, A; frühe bis späte Diastole, B-D) Während der Diastole, die von der Aortenklappe zurück in den linken Ventrikel ausgeht, wird ein regurgitanter Strömungsstrahl (Pfeilspitze, B) beobachtet, der mit einer Aorteninsuffizienz übereinstimmt. Ao = Aorta, LA = linker Vorhof, LV = linker Ventrikel.
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Abb. 1C -68-jähriger Mann mit Aorteninsuffizienz. (Siehe auch Abb. S1E, Video, in ergänzenden Daten bei www.ajronline.org ) Auf cine Steady-State-Freipräzessionsbildern in Dreikammeransicht (Systole, A; frühe bis späte Diastole, B-D) Während der Diastole, die von der Aortenklappe zurück in den linken Ventrikel ausgeht, wird ein regurgitanter Strömungsstrahl (Pfeilspitze, B) beobachtet, der mit einer Aorteninsuffizienz übereinstimmt. Ao = Aorta, LA = linker Vorhof, LV = linker Ventrikel.
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Abb. 1D -68-jähriger Mann mit Aorteninsuffizienz. (Siehe auch Abb. S1E, Video, in ergänzenden Daten bei www.ajronline.org ) Auf cine Steady-State-Freipräzessionsbildern in Dreikammeransicht (Systole, A; frühe bis späte Diastole, B-D) Während der Diastole, die von der Aortenklappe zurück in den linken Ventrikel ausgeht, wird ein regurgitanter Strömungsstrahl (Pfeilspitze, B) beobachtet, der mit einer Aorteninsuffizienz übereinstimmt. Ao = Aorta, LA = linker Vorhof, LV = linker Ventrikel.
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In jüngerer Zeit wurde die Cine-Bildgebung mit Balanced Steady-State Free Procession — auch bekannt als True Fast Imaging mit Steady-State-Präzession (TrueFISP, Siemens Medical Solutions Terminologie), Fast Imaging mit Steady-State—Akquisition (FIESTA, GE Healthcare Terminologie) und Balanced Fast Field Echo (Balanced-FFE, Philips Medical Systems Terminologie) – durchgeführt, bei dem sowohl das primäre Gradientenecho als auch nachfolgende refokussierte Echos kombiniert werden, um ein erhöhtes Bildsignal zu erhalten. Dies wird erreicht, indem ein Netto-Gradientenmoment von Null für alle drei physikalischen Achsen in jedem TR-Intervall beibehalten wird.
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Abb. 2A -70-jähriger Mann mit hypertropher Kardiomyopathie. (Siehe auch Abb. S2E, Video, in ergänzenden Daten bei www.ajronline.org ) Die fokale Hypertrophie (Sternchen) der basalen anterioren und anteroseptalen Wand des linken Ventrikels wird auf dem diastolischen kurzachsigen Steady-State-Free-Precession-Bild (SSFP) festgestellt.
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Abb. 2B -70-jähriger Mann mit hypertropher Kardiomyopathie. (Siehe auch Abb. S2E, Video, in ergänzenden Daten bei www.ajronline.org ) Auf Cine-SSFP-Bildern in Dreikammeransicht (Diastole, B; frühe bis mittlere Systole, C und D) wird festgestellt, dass das verdickte basale Myokard (Sternchen, B) während der Systole mit einem Strömungsstrahl (Pfeilspitzen, C und D) assoziiert ist.
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Abb. 2C -70-jähriger Mann mit hypertropher Kardiomyopathie. (Siehe auch Abb. S2E, Video, in ergänzenden Daten bei www.ajronline.org ) Auf Cine-SSFP-Bildern in Dreikammeransicht (Diastole, B; frühe bis mittlere Systole, C und D) wird festgestellt, dass das verdickte basale Myokard (Sternchen, B) während der Systole mit einem Strömungsstrahl (Pfeilspitzen, C und D) assoziiert ist.
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Abb. 2D -70-jähriger Mann mit hypertropher Kardiomyopathie. (Siehe auch Abb. S2E, Video, in ergänzenden Daten bei www.ajronline.org ) Auf Cine-SSFP-Bildern in Dreikammeransicht (Diastole, B; frühe bis mittlere Systole, C und D) wird festgestellt, dass das verdickte basale Myokard (Sternchen, B) während der Systole mit einem Strömungsstrahl (Pfeilspitzen, C und D) assoziiert ist.
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Die Steady-State-Free-Precession (SSFP) -Pulssequenz hat eine Signalabhängigkeit vom Gewebe-T2 / T1-Verhältnis und ist somit weniger abhängig vom Blutfluss für die vaskuläre Illustration. Dies ermöglicht eine verbesserte Visualisierung sowohl der endokardialen als auch der epikardialen Grenzen auf SSFP-Bildern für Wandbewegungs- und Kammergrößenbewertungen. Diese neuen Pulssequenzen haben auch kurze TR- und TE-Zeiten (z. B. TR / TE, 2 / 0,9), die schnelle Erfassungszeiten (z. B. 6 Sekunden) und sogar Echtzeit-Screening-Untersuchungen ermöglichen. Die SSFP-Methode wurde erstmals Mitte der 1980er Jahre beschrieben ; erst mit den jüngsten technischen Verbesserungen der Instrumentierung und der Gradientenhardware hat diese Technik jedoch eine signifikante klinische Routinenutzung erlangt (Abb. 1A, 1B, 1C, 1D, 2A, 2B, 2C und 2D sowie ergänzende Fig. S1E und S2E erhältlich bei www.ajronline.org ). SSFP-Pulssequenzen zeichnen sich durch kurze Sequenzerfassungszeiten aufgrund der Empfindlichkeit gegenüber Off-Resonanzeffekten aus und ermöglichen schnelle Cine-Erfassungszeiten. Die Obergrenze für TR wird durch den Grad der lokalen Magnetfeldinhomogenität bestimmt.
Der Cine-Phasenkontrast ist eine weitere Technik, die in vielerlei Hinsicht eine Ableitung der Cine-Gradientenecho-Bildgebung darstellt . Im Cine-Phasenkontrast wird jedes k-Raum-Erfassungssegment durch ein Paar Gradienten-Echo-Erfassungen ersetzt, das die Polarität eines Flusskodierungsgradienten umschaltet. Dieser Vorgang wiederholt sich über den gesamten Herzzyklus wie bei der Cine-Gradienten-Echo-Erfassung. Die Phasendifferenz zwischen den beiden Aufnahmen ergibt ein Bild mit einer Phase, die direkt proportional zur Geschwindigkeit und Richtung des Flusses ist, was die Quantifizierung des Blutflusses über den Herzzyklus ermöglicht. Die Durchflussquantifizierung in allen drei Richtungen konnte mit nur vier Durchflusskodierungsexperimenten pro k-Raumlinie bestimmt werden, wodurch die Gesamterfassungszeit durch Vierpunktverarbeitung reduziert wurde. Durch die Verwendung ähnlicher K-Raum-Verbesserungen, wie z. B. segmentierte k-Raum-Erfassungsschemata, kann der Cine-Phasenkontrast jetzt auch während eines Atemstillstands durchgeführt werden. Unter Verwendung der modifizierten Bernoulli-Gleichung ermöglicht diese Technik auch die Schätzung von Strömungsdruckgradienten über Regionen mit luminaler Verengung .
In den fast 2 Jahrzehnten seit Sechtem et al. beschrieb ihre vielversprechende neue Technik zur Bewertung der Herzfunktion unter Verwendung einer Cine-Gradienten-Echo-Pulssequenz. Die Cine-MRT ist eine kommerziell verfügbare Technik, die ein grundlegendes Instrument aller klinischen MR-Praktiken ist. Obwohl sich die Geschwindigkeit und die Bildqualität rasant entwickelt haben, eilt der aktuelle Entwicklungszyklus in Richtung einer automatisierten Auswertung der großen Cine-MR-Datensätze, die mehr als 40 Bilder pro Erfassungsort liefern können. Eine Vielzahl von automatisierten Segmentierungswerkzeugen ist derzeit verfügbar, aber die meisten erfordern immer noch mindestens eine menschliche Interaktion, um genaue quantitative Messungen für die Herzfunktion bereitzustellen. Es ist denkbar, dass diese Funktionen in naher Zukunft vollständig automatisiert werden, wodurch ein umfassenderes Potenzial für Cine-MR-Auswertungen der kardiovaskulären Funktion weiter erschlossen werden kann.