Быстрая магнитно-резонансная томография под низким углом

Быстрая магнитно-резонансная томография под низким углом ( FLASH MRI ) представляет собой особую последовательность магнитно -резонансной томографии . Это последовательность градиентного эха, которая сочетает в себе радиочастотное возбуждение сигнала ядерного магнитного резонанса с малым углом поворота (записанное как пространственно-кодированное градиентное эхо) с коротким временем повторения . Это общая форма построения изображений стационарной свободной прецессии .

Разные производители оборудования для МРТ используют разные названия этого эксперимента. Siemens использует название FLASH, General Electric использовала название SPGR (испорченное градиентное эхо), а Philips использует название CE-FFE-T1 (быстрое эхо поля с усиленным контрастом) или T1-FFE.

В зависимости от желаемого контраста, общий метод FLASH обеспечивает испорченные версии, которые разрушают поперечную когерентность и дают контраст T1, а также перефокусированные версии (постоянная фаза на повторение) и полностью сбалансированные версии (нулевая фаза на повторение), которые включают поперечную когерентность в устойчивый контраст. зафиксируйте сигнал и предложите контраст T1/T2.

Приложения включают в себя:

изображения поперечного сечения со временем получения в несколько секунд позволяют проводить МРТ-исследования грудной клетки и брюшной полости за одну задержку дыхания,
динамические данные, синхронизированные с электрокардиограммой, создают видеоролики бьющегося сердца ,
последовательные приобретения ^[1]^[2] контролировать физиологические процессы, такие как дифференциальное поглощение контрастных веществ тканями организма,
трехмерные приобретения ^[3] визуализировать сложные анатомические структуры (мозг, суставы) с беспрецедентно высоким пространственным разрешением во всех трех измерениях и в произвольных направлениях обзора, а также
Магнитно-резонансная ангиография (МРА) дает трехмерное изображение сосудистой сети .

Физическая основа

Физической основой МРТ является пространственное кодирование сигнала ядерного магнитного резонанса (ЯМР), получаемого от протонов воды (т.е. ядер водорода ) в биологической ткани. С точки зрения МРТ, сигналы с различными пространственными кодировками, необходимые для восстановления полного изображения, необходимо получать путем генерации нескольких сигналов – обычно повторяющимся способом с использованием нескольких радиочастотных возбуждений.

Общий метод FLASH представляет собой последовательность градиентного эха, которая сочетает в себе радиочастотное возбуждение сигнала ЯМР с малым углом поворота (записанного как пространственно-кодированное градиентное эхо) с быстрым повторением основной последовательности. Время повторения обычно намного короче типичного времени релаксации Т1 протонов в биологической ткани. Только комбинация (i) возбуждения с малым углом поворота, которое оставляет неиспользованную продольную намагниченность для немедленного следующего возбуждения, с (ii) получением градиентного эха, которое не требует дальнейшего радиочастотного импульса, который мог бы повлиять на остаточную продольную намагниченность , обеспечивает быстрое повторение основного интервала последовательности и, как следствие, скорость получения всего изображения. ^[4]^[5] Фактически, последовательность FLASH устранила все периоды ожидания, ранее включенные для учета эффектов насыщения T1 . FLASH сократил типичный интервал последовательности до того, что минимально необходимо для визуализации: избирательный по срезам радиочастотный импульс и градиент, градиент фазового кодирования и (обратный) градиент частотного кодирования, генерирующий эхо для сбора данных.

Для радиальной выборки данных градиенты фазового и частотного кодирования заменяются двумя одновременно применяемыми градиентами частотного кодирования, которые вращают линии Фурье в пространстве данных. ^[4]^[6] В любом случае время повторения составляет всего от 2 до 10 миллисекунд, так что использование от 64 до 256 повторений приводит к времени получения изображения примерно от 0,1 до 2,5 секунды для двухмерного изображения. Совсем недавно данные радиальной FLASH-МРТ с высокой степенью недостаточной выборки были объединены с итеративной реконструкцией изображения посредством регуляризованной нелинейной инверсии для достижения МРТ в реальном времени с временным разрешением от 20 до 30 миллисекунд для изображений с пространственным разрешением от 1,5 до 2,0 миллиметров. ^[7] Этот метод позволяет визуализировать бьющееся сердце в реальном времени – без синхронизации с электрокардиограммой и при свободном дыхании. ^[8]

История

FLASH MRI была изобретена в 1985 году Йенсом Фрамом , Акселем Хаазе, В. Хенике, К. Д. Мербольдтом и Д. Маттеем (заявка на патент Германии P 35 04 734.8, 12 февраля 1985 г.) в Институте биофизики химии Макса Планка. Архивировано 30 апреля 2008 г. Wayback Machine в Геттингене , Германия. Этот метод является революционным в сокращении времени измерения МРТ почти на два порядка .

FLASH очень быстро получил коммерческое распространение. RARE работал медленнее, а эхопланарная визуализация (EPI) – по техническим причинам – занимала еще больше времени. Эхопланарная визуализация была предложена группой Мэнсфилда в 1977 году, и первые грубые изображения были показаны Мэнсфилдом и Яном Пайкеттом в том же году. Роджер Ордидж представил первый фильм в 1981 году. Прорыв произошел с изобретением экранированных градиентов. ^[9]

Внедрение последовательностей FLASH-МРТ в диагностическую визуализацию впервые позволило резко сократить время измерения без существенной потери качества изображения. Кроме того, принцип измерения привел к появлению широкого спектра совершенно новых методов визуализации.

В 2010 году расширенный метод FLASH с радиальным кодированием данных с высокой степенью недостаточной выборки и итеративной реконструкцией изображений позволил достичь МРТ в реальном времени с временным разрешением 20 миллисекунд (1/50 секунды). ^[7]^[8] В совокупности эти последние разработки соответствуют ускорению в 10 000 раз по сравнению с ситуацией с МРТ до 1985 года. В целом FLASH ознаменовал прорыв в клинической МРТ, который стимулировал дальнейшие технические, а также научные разработки на сегодняшний день.

Ссылки

^ Маттеи, Дитер; Фрам, Йенс; Хаазе, Аксель; Ханике, Вольфганг (1985). «Региональные физиологические функции, изображенные с помощью последовательностей быстрых магнитно-резонансных изображений». Ланцет . 326 (8460): 893. doi : 10.1016/S0140-6736(85)90158-8 . ПМИД 2864605 . S2CID 12326347 .
^ Фрам, Йенс; Хаазе, Аксель; Маттеи, Дитер (1986). «Быстрая ЯМР-визуализация динамических процессов с использованием техники FLASH». Магнитный резонанс в медицине . 3 (2): 321–327. дои : 10.1002/mrm.1910030217 . ПМИД 3713496 . S2CID 31028542 .
^ Фрам, Йенс; Хаазе, Аксель; Маттеи, Дитер (1986). «Быстрая трехмерная МРТ с использованием техники FLASH». Журнал компьютерной томографии . 10 (2): 363–368. дои : 10.1097/00004728-198603000-00046 . ПМИД 3950172 .
^ Перейти обратно: ^а ^б 04 734.8 Патент DE 35 04 734.8 , Дж. Фрам , А. Хаазе, В. Хенике, К. Д. Мербольдт, Д. Маттеи , «Метод высокочастотных импульсов и градиентных импульсов для записи быстрых ЯМР-томограмм с использованием градиентных эхо», опубликовано 14 августа 1986 г., выдано 10 декабря 1998 г.
^ Хаазе, А; Фрам, Дж; Маттеи, Д; Ханике, В; Мербольдт, К.-Д (1986). «FLASH-визуализация: быстрая ЯМР-визуализация с использованием импульсов с малым углом поворота». Журнал магнитного резонанса . 67 (2): 258–266. Бибкод : 1986JMagR..67..258H . дои : 10.1016/0022-2364(86)90433-6 .
^ Чжан, Шуо; Блок, Кай Тобиас; Фрам, Йенс (2010). «Магнитно-резонансная томография в реальном времени: достижения в использовании радиальной FLASH». Журнал магнитно-резонансной томографии . 31 (1): 101–109. дои : 10.1002/jmri.21987 . HDL : 11858/00-001M-0000-0012-D667-0 . ПМИД 19938046 . S2CID 17419027 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Юкер, Мартин; Чжан, Шуо; Войт, Дирк; Караус, Александр; Мербольдт, Клаус-Дитмар; Фрам, Йенс (2010). «МРТ в реальном времени с разрешением 20 мс». ЯМР в биомедицине . 23 (8): 986–994. дои : 10.1002/nbm.1585 . hdl : 11858/00-001M-0000-0012-D4F9-7 . ПМИД 20799371 . S2CID 8268489 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Чжан, Шуо; Юкер, Мартин; Войт, Дирк; Мербольдт, Клаус-Дитмар; Фрам, Йенс (2010). «Сердечно-сосудистый магнитный резонанс в реальном времени с высоким временным разрешением: радиальная FLASH с нелинейной обратной реконструкцией» . Журнал сердечно-сосудистого магнитного резонанса . 12 (1): 39. дои : 10.1186/1532-429X-12-39 . ПМЦ 2911425 . ПМИД 20615228 .
^ КРАТКАЯ ИСТОРИЯ МАГНИТНО-РЕЗОНАНСНОЙ ВИЗУАЛИЗАЦИИ С ЕВРОПЕЙСКОЙ ТОЧКИ ЗРЕНИЯ

Внешние ссылки

Biomedizinische NMR Forschungs GmbH предлагает дополнительную информацию о FLASH MRI и связанных с ней применениях (нейробиология, сердечно-сосудистая визуализация).
Пресс-релиз Общества Макса Планка
http://www.mtbeurope.info/news/2010/1009005.htm

[Matthaei1985-1] Маттеи, Дитер; Фрам, Йенс; Хаазе, Аксель; Ханике, Вольфганг (1985). «Региональные физиологические функции, изображенные с помощью последовательностей быстрых магнитно-резонансных изображений». Ланцет . 326 (8460): 893. doi : 10.1016/S0140-6736(85)90158-8 . ПМИД 2864605 . S2CID 12326347 .

[Frahm1986a-2] Фрам, Йенс; Хаазе, Аксель; Маттеи, Дитер (1986). «Быстрая ЯМР-визуализация динамических процессов с использованием техники FLASH». Магнитный резонанс в медицине . 3 (2): 321–327. дои : 10.1002/mrm.1910030217 . ПМИД 3713496 . S2CID 31028542 .

[Frahm1986b-3] Фрам, Йенс; Хаазе, Аксель; Маттеи, Дитер (1986). «Быстрая трехмерная МРТ с использованием техники FLASH». Журнал компьютерной томографии . 10 (2): 363–368. дои : 10.1097/00004728-198603000-00046 . ПМИД 3950172 .

[Frahm1985-4] Перейти обратно: ^а ^б 04 734.8 Патент DE 35 04 734.8 , Дж. Фрам , А. Хаазе, В. Хенике, К. Д. Мербольдт, Д. Маттеи , «Метод высокочастотных импульсов и градиентных импульсов для записи быстрых ЯМР-томограмм с использованием градиентных эхо», опубликовано 14 августа 1986 г., выдано 10 декабря 1998 г.

[Haase1986-5] Хаазе, А; Фрам, Дж; Маттеи, Д; Ханике, В; Мербольдт, К.-Д (1986). «FLASH-визуализация: быстрая ЯМР-визуализация с использованием импульсов с малым углом поворота». Журнал магнитного резонанса . 67 (2): 258–266. Бибкод : 1986JMagR..67..258H . дои : 10.1016/0022-2364(86)90433-6 .

[Zhang2010b-6] Чжан, Шуо; Блок, Кай Тобиас; Фрам, Йенс (2010). «Магнитно-резонансная томография в реальном времени: достижения в использовании радиальной FLASH». Журнал магнитно-резонансной томографии . 31 (1): 101–109. дои : 10.1002/jmri.21987 . HDL : 11858/00-001M-0000-0012-D667-0 . ПМИД 19938046 . S2CID 17419027 .

[Uecker2010-7] Перейти обратно: ^а ^б Юкер, Мартин; Чжан, Шуо; Войт, Дирк; Караус, Александр; Мербольдт, Клаус-Дитмар; Фрам, Йенс (2010). «МРТ в реальном времени с разрешением 20 мс». ЯМР в биомедицине . 23 (8): 986–994. дои : 10.1002/nbm.1585 . hdl : 11858/00-001M-0000-0012-D4F9-7 . ПМИД 20799371 . S2CID 8268489 .

[Zhang2010a-8] Перейти обратно: ^а ^б Чжан, Шуо; Юкер, Мартин; Войт, Дирк; Мербольдт, Клаус-Дитмар; Фрам, Йенс (2010). «Сердечно-сосудистый магнитный резонанс в реальном времени с высоким временным разрешением: радиальная FLASH с нелинейной обратной реконструкцией» . Журнал сердечно-сосудистого магнитного резонанса . 12 (1): 39. дои : 10.1186/1532-429X-12-39 . ПМЦ 2911425 . ПМИД 20615228 .

[9] КРАТКАЯ ИСТОРИЯ МАГНИТНО-РЕЗОНАНСНОЙ ВИЗУАЛИЗАЦИИ С ЕВРОПЕЙСКОЙ ТОЧКИ ЗРЕНИЯ

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]