Magneettiresonanssiangiografian (MRA) kliiniset sovellukset laajenevat nopeasti, kun teknologinen kehitys sekä laitteistoissa että kuvantamistekniikoissa voittaa aiemmat rajoitukset ja kun laskimonsisäisten kontrastiaineiden ja toistuvan ionisoivan säteilyn altistumisen riskit korostuvat yhä enemmän lääkärin ja potilaan kannalta. Magneettiresonanssikuvauksen (MRI) etuna on se, että kuvan tuottaminen perustuu kehon kudosten ja veren luontaisiin magneettisiin ominaisuuksiin ulkoisessa magneettikentässä ilman ionisoivaa säteilyä tai nefrotoksisia kontrastiaineita. Vuonna 2002 FDA:n hyväksynnän saaneiden 3,0 teslan (T) magneettien ja optimoitujen pulssisekvenssien saatavuuden ja käytön lisääntyessä korkealaatuisia kuvia, joilla on erinomainen spatiaalinen erottelukyky, voidaan saada lyhyemmällä skannausajalla ja vähemmillä kontrastiaineiden injektioilla tai ilman niitä. Tässä käsikirjoituksessa tarkastelemme viimeaikaista kehitystä (1) MRA:n suorittamisessa 3.0T:llä, mukaan lukien ”matala-annoksinen” kontrastilla tehostettu (CE) MRA, ja (2) uusissa ei-CE (NCE) MRA-tekniikoissa.
MRA 3.0T:llä
3.0T:llä magneettikenttään kohdistuu kaksi kertaa enemmän protoneja kuin 1.5T:llä, mikä johtaa teoreettisesti kaksinkertaistuneeseen signaalin ja kohinan väliseen signaaliin nähden. Tätä SNR:n lisäystä voidaan hyödyntää spatiaalisen resoluution lisäämiseksi, kuvausaikojen lyhentämiseksi tai näiden kahden yhdistelmänä, jotta voidaan saavuttaa samat SNR-ominaisuudet kuin 1,5T:llä lyhyemmässä ajassa. Lisääntynyt spatiaalinen resoluutio mahdollistaa leesioiden paremman näkyvyyden, ja nopeammat hankinta-ajat auttavat vähentämään liikeartefaktoja ja vähentämään hengityksen pidättämistä koskevia vaatimuksia. Lisäksi gadoliniumin (Gd) astian ja taustakontrastin väliset kontrastinvahvistusvaikutukset ovat vieläkin selvemmät 3,0T:llä, mikä tuottaa korkeamman kontrastin kuvia ja vaatii siksi pienempiä Gd-pohjaisten aineiden annoksia, jotta saavutetaan samanlainen kuvanlaatu kuin pienemmillä kenttävoimakkuuksilla (kuva 1) .
CE MRA 1,5 T:llä ja 3,0 T:llä. 56-vuotias mies, jolla on keliakia (suljettu nuoli) ja ylempi suoliliepeenvaltimo (avoin nuoli). CE-MRA 1,5 T:llä (A) on pienempi spatiaalinen resoluutio ja kontrasti-kohinasuhde kuin 3,0 T:llä (B).
Tyypillisesti CE-MRA-tekniikoita käytetään useammin kuin NCE-MRA-tekniikoita. CE-MRA:n etuja muihin MRA-tekniikoihin, kuten valoaika- (TOF) ja vaihekontrasti- (PC) tekniikoihin verrattuna, ovat lyhyemmät hankinta-ajat, parempi anatominen kattavuus ja pienempi alttius verenkierron ja pulsatiliteetin aiheuttamille artefakteille. Yhdistetyn valtimo- ja laskimoparantuman välttämiseksi tarvitaan lyhyempiä hankinta-aikoja puhtaasti ”valtimovaiheen” kuvien saamiseksi. Tämä voidaan tehdä käyttämällä rinnakkaiskuvantamista tai aikaresolvoituja tekniikoita. 3.0T:llä SNR:n kasvu voi mahdollistaa korkeammat kiihdytyskertoimet rinnakkaiskuvauksessa, jolloin skannausajat lyhenevät ja spatiaalinen erottelukyky paranee entisestään .
Vaikka 3.0T avaa monia mahdollisuuksia MRA:n tulevaisuudelle, se tuo mukanaan myös uusia kliinisiä ja teknologisia ongelmia, jotka on ratkaistava ennen kuin ne yleistyvät. Pulssisekvenssit, jotka on optimoitu 1,5T:lle, on ehkä mukautettava 3,0T-sovelluksia varten. Lisäksi suuri magneettikentän voimakkuus lisää energian laskeutumista potilaaseen ja kentän inhomogeenisuutta, kuten jäljempänä käsitellään.
Kontrastinvahvistettu MRA 3.0T:llä
Vaikka gadoliniumpohjaisilla aineilla on erinomaiset turvallisuusluvut, raportit, jotka yhdistävät gadoliniumin nefrogeeniseen systeemiseen fibroosiin, ovat herättäneet uutta kiinnostusta matala-annoksiseen CE-MRA:an ja NCE-MRA:an . Lisäksi matalat kontrastiannokset auttavat vähentämään CE-MRA:n suorittamisesta aiheutuvia kustannuksia. Gadoliniumkelaatit ovat paramagneettisia yhdisteitä, jotka lyhentävät T1- ja T2-relaksaatioaikoja häiritsemällä spin-ristikoiden ja spin-spin-vuorovaikutuksia. Magneettikentän voimakkuus ei vaikuta näihin Gd:n vaikutuksiin kehon kudoksissa. Vaikka kehon kudosten T1-relaksaatioajat pidentyvät 3,0 T:ssa, Gd-kontrastiaineiden T1-relaksaatioajat pysyvät suhteellisen muuttumattomina suuremmilla magneettikentän voimakkuuksilla. Tämä johtaa siihen, että verilammikon ja taustan välinen kontrasti-kohinasuhde (CNR) kasvaa huomattavasti 1,5T:hen verrattuna. CNR:n kasvua 3,0T:llä voidaan käyttää kuvanlaadun parantamiseen samalla määrällä kontrastia tai injektoidun IV-kontrastin määrän vähentämiseen verrattuna vastaavaan kuvaukseen 1,5T:llä (kuva 2). Tomasian ym. osoittivat hiljattain, että supraaortan valtimoiden 3,0T-MRA:ssa kontrastiannoksen pienentäminen 0,15:stä 0,05 mmol/kg:aan ei heikentänyt kuvanlaatua, kuvausnopeutta tai spatiaalista resoluutiota . Valtimoiden tukkeutumissairaudet havaittiin lähes yhtä hyvin molemmilla lukijoilla, eikä valtimoiden määrityspisteissä ollut merkittävää eroa.
Matalan annoksen CE MRA. Kontrastinvahvistettu munuaisten MRA 3,0T:llä käyttäen 0,1 mmol/kg gadobenaattidimeglumiinia. Kuvanlaatu ja verisuonten erottuvuus ovat erinomaisia jopa suhteellisen pienellä laskimonsisäisellä kontrastiannoksella.
CE-MRA on vakiintunut ei-invasiiviseksi vaihtoehdoksi tavanomaiselle angiografialle perifeeristen verisuonitautien arvioinnissa, ja se voi olla vaihtoehto CTA:lle akuutin keuhkoembolian diagnostiikassa . Alaraajojen MRA:han liittyy tyypillisesti kaikista MR-kuvantamistekniikoista suurimmat kontrastiannosprotokollat, jotka usein edellyttävät kaksinkertaista (0,2 mmol/kg) tai suurempaa annosta Gd-kontrastia annettavaksi. On osoitettu, että 3,0 T:n magneettikuvauksessa alaraajojen MRA:ssa tarvittavan Gd-kontrastin määrää voidaan vähentää jopa kolmannekseen 1,5 T:n magneettikuvauksessa käytettävästä määrästä (eli 0,3 mmol/kg:sta 0,1 mmol/kg:aan). Pienemmillä kontrastiannoksilla saaduissa kuvissa oli parempi valtimoiden erottelukyky kuin suurilla annoksilla otetuissa kuvissa, mikä johtui oletettavasti pienemmästä alkuperäisestä kontrasti-injektiosta johtuvasta taustasignaalista ja pienemmästä laskimokontaminaatiosta.
Renaalisen CE-MRA:n laatua 3,0T:llä on arvioitu myös pienillä Gd-annoksilla. Attenberger ym. osoittivat saman kuvanlaadun munuaisvaltimoiden arvioinnissa vertaamalla 0,1 mmol/kg gadobenaattidimeglumiinia 3,0T:llä ja 0,2 mmol/kg gadobutrolia 1,5T:llä . Kramer ym. vertasivat pienen annoksen (0,1 mmol/kg) gadopentetaattidimeglumiinia 3,0T:llä tavanomaiseen digitaaliseen subtraktioangiografiaan (DSA) munuaisvaltimoiden ahtauman arvioinnissa 29 potilaalla, ja tuloksena saatiin hyvästä erinomaiseen laadultaan vaihtelevia kuvia, joiden herkkyys oli 94 % ja spesifisyys 96 % . Nämä havainnot viittaavat siihen, että 3.0T:llä kontrastiannos on nykykäytännössä todennäköisesti suurempi kuin on tarpeen, ja sitä voidaan pienentää ilman, että se vaikuttaa kielteisesti spatiaaliseen erotuskykyyn tai kuvan kokonaislaatuun.
Nykyaikaisia CE-MRA-tekniikoita, joissa käytetään tavanomaisia Gd-kontrastiaineita, rajoittaa tarve hankkia kuvia suhteellisen nopeasti kontrastiaineen kulkiessa ensimmäisen kerran kiinnostuksen kohteena olevien verisuonten läpi. Uudemmat, verisuonensisäiset Gd-pohjaiset kontrastiaineet voivat auttaa poistamaan nämä rajoitukset. Gadofosveset-trisatrium, proteiineja sitova intravaskulaarinen kontrastiaine, joka on hiljattain saanut FDA:n hyväksynnän käytettäväksi aorto-iliac-segmenttien CE-MRA:ssa, eroaa muista gadoliniumpohjaisista kontrastiaineista huomattavasti pidemmällä intravaskulaarisella elinajalla ja korkeammalla relaksatiivisuudella . Gadofosveset vaatii pienemmän kokonaiskontrastiannoksen (kuva 3) ja pidentää kuvausikkunoita jopa 60 minuuttiin tai pidemmäksi ajaksi. Kuvia voidaan tällöin ottaa vakaan tilan aikana suonensisäisen kontrastin antamisen jälkeen, mikä mahdollistaa pidemmät skannausajat erittäin korkean spatiaalisen resoluution CE-MRA-kuvien ottamiseksi. Klessenin ja muiden tekemässä tutkimuksessa osoitettiin, että 10 ml Gadofosveset-trisodiumia tuotti laadullisesti parempia kuvia, joilla oli suurempi valtimokontrasti kuin 30 ml gadopentetaattidimeglumiinia. Injektioprotokollan edelleen optimoimisen arvellaan parantavan tässä tutkimuksessa havaittuja tuloksia entisestään.
CE MRA verisuonensisäisellä kontrastiaineella. (A) First-pass- ja (B) steady-state-monitasoiset uudelleenmuotoillut kuvat 0,03 mmol/kg gadofosveset-trisodiumilla tehdystä kontrastinvahvistetusta MRA:sta 25-vuotiaalla miehellä, jolla oli oikean alalohkon segmentaalinen keuhkoembolia (nuoli). Jopa vakaan tilan aikana on huomattavaa intravaskulaarista signaalia, jotta keuhkoembolia voidaan diagnosoida tarkasti.
Rinnakkaiskuvantaminen 3,0T:llä
Rinnakkaiskuvantaminen parantaa entisestään 3,0T:n hyötyjä, sillä se vähentää kiinnostuksen kohteena olevan alueen näytteenottokykyä kompromissina suuremmasta kuvien ottonopeudesta. Rinnakkaiskuvantamista on sovellettu CE-MRA:ssa skannausajan lyhentämiseksi ja spatiaalisen resoluution parantamiseksi parantamalla anatomista kattavuutta ja poistamalla aliasing-artefaktit käyttämällä monikanavaisia keloja (kuva 4) . Yksittäisiä käämejä, joiden spatiaalinen herkkyys vaihtelee, käytetään vastaanottamaan magneettikuvaussignaalia samanaikaisesti yhden radiotaajuuspulssin (RF) jälkeen. Tämä mahdollistaa nopeamman kuvien hankinnan, jossa on vähemmän liikeartefakteja, vähemmän RF-herätepulsseja ja pienempi energiataakka potilaalle, mutta aliasing-ilmiötä esiintyy jonkin verran, koska k-avaruusdataa puuttuu alemman näytteenoton seurauksena. Fenchelin ja muiden tekemässä tutkimuksessa osoitettiin, että laadukkaalla CE-MRA:lla, jossa käytetään integroitua rinnakkaista hankintatekniikkaa (iPAT2) ja yksittäistä kontrastiaineen injektiota, saadaan alle 60 sekunnissa riittävä kuvanlaatu koko valtimovaltimoiden verisuonistosta hyväksyttävillä SNR- ja CNR-arvoilla koko kehon sovelluksissa. Rinnakkaiskuvaus voi myös lisätä anatomista kattavuutta. Lum ja muut osoittivat äskettäin kaksiulotteisen autokalibroivan rinnakkaiskuvaustekniikan (2D-ARC) käytön vatsan CE-MRA:n kattavuuden lisäämiseksi. Kuvan subjektiivinen laatu ja verisuonten erottuvuus arvioitiin terveillä vapaaehtoisilla ja potilailla, joilla epäiltiin renovaskulaarista sairautta, MRA:ssa 2D-ARC:n kanssa ja ilman sitä. Tulokset osoittivat, että molempien menetelmien kuvanlaatu oli vastaava, mutta 2D-ARC-MRA:n etuna oli kuvantamistilavuuden 3,5-kertainen kasvu ja täydellinen vatsan kattavuus samassa kuvausajassa. Samaa tekniikkaa voidaan käyttää myös korkean resoluution koko rintakehän MRA:n suorittamiseen lyhyemmässä ajassa, mikä on tärkeää arvioitaessa potilaita, joilla epäillään keuhkoemboliaa tai joilla on hengenahdistus (kuvat 5, 6) (kuvat 5, 6).
Suuren kuvakentän CE-ARC- MRA:ta rinnakkaiskuvantamista käyttäen. Rinnakkaiskuvausta ja 32-kanavaista kelaa käytettiin koko aortan skannaamiseen aortan juuresta bifurkaation ulkopuolelle tässä 49-vuotiaassa miehessä, jolla oli aiempi nousevan aortan dissekaatiokorjaus (nuolenkärjet) ja jäännösdissekaatio laskevassa aortassa (avoimet nuolet = oikea luumen; suljetut nuolet = osittain trombosoitunut väärä luumen).
Nopea koko rintakehän CE MRA rinnakkaiskuvausta käyttäen. Kontrastia tehostettu keuhkojen MRA 47-vuotiaalla miehellä, jolla on keuhkovaltimon hypertensio ja keuhkojen arteriovenoottinen malformaatio (nuoli). Kaksiulotteisen rinnakkaiskuvauksen käytön ansiosta skannausaika voidaan lyhentää 16 sekuntiin, mutta koko rintakehän kattavuus säilyy. Kuvantaminen 3,0T:llä parantaa kontrasti-kohinasuhdetta, vaikka käytetään vain 15 ml gadobenaattidimeglumiinia, kuten tässä tapauksessa.
Nopea rinnakkaisrungon CE-keuhkografia rinnakkaisrintakehän rinnakkaisrintakehän kuvaamista käyttäen. Rinnakkaiskuvauksen käyttö skannausajan lyhentämiseksi on erityisen tärkeää potilailla, joilla on vaikeuksia pidättää hengitystä. Tämä kontrastilla tehostettu keuhkojen MRA on 42-vuotiaalta naiselta, jolla on primaarinen keuhkovaltimon hypertensio ja joka tarvitsee happea. Tässä tapauksessa skannausaika oli 16 sekuntia.
CE-MRA:n rajoitukset ja turvallisuusongelmat 3,0T:llä
3,0T:n voimakkaampi magneettikenttä aiheuttaa huomattavia haasteita ja rajoituksia, joita ei ole vielä täysin voitettu. RF-kentän inhomogeenisuudesta ja lisääntyneestä ominaisabsorptionopeudesta (SAR) johtuvat konstruktiiviset ja destruktiiviset interferenssit ovat suurimpia huolenaiheita kuvattaessa 3,0T:llä.
RF-kentän inhomogeenisuus voi johtaa interferenssialueisiin ja täydellisen anatomisen kattavuuden menetykseen kuvakentässä. 3,0T:llä protonien resonanssitaajuus vedessä on 128 MHz, mikä on kaksinkertainen arvo 1,5T-järjestelmään verrattuna, mikä tarkoittaa, että radiotaajuuden aallonpituus puolittuu 52 cm:stä 26 cm:iin. Tämä lyhennetty aallonpituus voi kattaa vatsan ja lantion kuvantamisessa käytettävän näkökentän mitat, joita esiintyy useammin henkilöillä, joilla on suuri ruumiinrakenne. Kun kaksi RF-aaltoa on päällekkäin kuvantamiskentässä, konstruktiivinen tai destruktiivinen interferenssi voi johtaa kirkastuviin tai tummuviin alueisiin. Samanlaista artefaktia voi esiintyä henkilöillä, joiden vatsassa on paljon nestettä (esim. askites tai raskaus). Sähkövirta kiertää nesteen sisällä voimakkaan magneettikentän alla ja häiritsee RF-kentän pulsseja, mikä aiheuttaa interferenssiä. Kelan suunnittelun edistysaskeleet, kuten monikäämikäämit, voivat vaimentaa pyörrevirtoja ja parantaa RF-kentän homogeenisuutta suuremmilla kenttävoimakkuuksilla. Paremman kelasuunnittelun lisäksi uusien pulssisekvenssien, kuten kolmiulotteisten räätälöityjen RF-pulssien, on osoitettu parantavan radiotaajuusherätteen homogeenisuutta.
RF-pulssit siirtävät energiaa potilaan sisällä oleviin protoneihin ja tuottavat lopulta lämpöä energian vapautumisen sivutuotteena. Potilaan sisällä tuotetulla lämmöllä voi olla haitallisia fysiologisia vaikutuksia, ja sitä seurataan huolellisesti kuvantamisympäristössä, ja FDA on asettanut kehon kokonaislämmityksen nykyiset rajat 4 W/kg koko keholle 15 minuutin aikana. SAR antaa arvion RF-pulssin kudokseen tallettamasta energiasta, ja se kasvaa resonanssitaajuuden neliön myötä. Resonanssitaajuus on 3,0 T:n järjestelmässä kaksinkertainen 1,5 T:n järjestelmään verrattuna, joten SAR-arvo on nelinkertainen. Parhaillaan kehitetään muunneltuja pulssisekvenssejä, hankintatekniikoita ja laitteistosuunnitelmia, joiden avulla voidaan hallita lisääntynyttä SAR-arvoa suuremmissa kentissä. Rinnakkaiskuvantamisen käyttö tarjoaa myös tärkeän ratkaisun tähän ongelmaan, sillä useat ilmaisinkelat, joita käytetään suuremman anatomisen alueen samanaikaiseen kuvaamiseen, lyhentävät sekä kuvausaikaa että vähentävät kuvan ottamiseen tarvittavien RF-pulssien määrää.
Kontrastia vahvistamaton magneettiresonanssiangiografia (NCE-MRA)
NCE-MRA:n laajamittaista käyttöä ovat rajoittaneet CE-MRA:ta suosivien pitkittyneiden kuvausaikojen ja liikkeestä johtuvien häiriöiden vuoksi. Useat tekijät ovat kuitenkin vaikuttaneet siihen, että kiinnostus NCE-MRA-menetelmiä kohtaan on herännyt uudelleen, mukaan lukien parannukset MR-laitteistoissa ja -ohjelmistoissa sekä huoli gadoliniumpohjaisen kontrastiärsykkeen turvallisuudesta korkean riskin potilasryhmissä. Jälkimmäinen on erityisen huolestuttavaa, koska potilailla, joilla on keskivaikea tai vaikea munuaisten vajaatoiminta ja verisuonitai aineenvaihduntahäiriöitä, on riski sairastua heikentävään ja mahdollisesti hengenvaaralliseen nefrogeeniseen systeemiseen fibroosiin (NSF) . Agarwalin ja muiden hiljattain tekemässä meta-analyysissä todettiin, että gadoliniumille altistuneilla kroonista munuaissairautta sairastavilla potilailla (N = 79/1393, 5,7 %) NSF:n kehittymisen todennäköisyys oli 27-kertainen verrattuna kroonista munuaissairautta sairastaviin kontrollihenkilöihin (N = 3/2953, 0,1 %), jotka eivät saaneet gadoliniumia. Tämä on merkittävä kuvantamishaaste, sillä metabolinen oireyhtymä, diabetes ja munuaissairaus koskettavat vuosittain yhä suurempaa osaa väestöstä. Lisäksi voi esiintyä tilanteita, joissa NCE-MRA on parempi vaihtoehto vaikean laskimoon pääsyn tai laskimokontrastiaineen vasta-aiheen vuoksi. Korkean resoluution CE-MRA vaatii yleensä suurikokoisen IV-katetrin, jota voi olla vaikea asettaa lihaville potilaille tai potilaille, joilla on huonot suonet, ja IV-kontrastiaineita ei yleensä anneta raskauden aikana eläinkokeissa havaittujen teratogeenisten vaikutusten vuoksi.
NCE-MRA:ta on voitu käyttää magneettiresonanssikuvantamisen alkuajoista lähtien, ja sitä käytetään rutiininomaisesti kallonsisäisessä kuvantamisessa. Se on myös validoitu käytettäväksi sepelvaltimo-, rinta-, munuais- ja ääreisverisuonisairauksissa. Tuoreessa katsauksessa Provenzale ym. totesivat, että magneettikuvaus yhdistettynä MRA:han on diagnostiselta laadultaan samankaltainen kuin CTA:n käyttö kaulavaltimoiden ja selkärangan dissekaatiossa ilman, että kumpikaan menetelmä olisi selvästi parempi. TOF MRA:ta on myös verrattu tietokonetomografia-angiografiaan (CTA) ja digitaaliseen subtraktioangiografiaan (DSA) hoidettujen aivojen aneurysmien seurannassa, ja sillä on suuri herkkyys aneurysman sisällä olevan jäännösvirtauksen havaitsemisessa .
KoronaarimRA:ta on validoitu ensisijaisesti 1,5T:llä , mutta sen kliinistä käyttöä ovat rajoittaneet rajoitukset distaalisen segmentin ja pienten haarojen sairauden visualisoinnissa ja sepelvaltimoiden CTA:n laajamittainen käyttöönotto . Sepelvaltimoiden MRA:lla on kuitenkin edelleen merkitystä anomaalisten sepelvaltimoiden alkuperien arvioinnissa (kuva 7), erityisesti lapsipotilailla. Lisäksi sepelvaltimoiden MRA:lla voi olla merkitystä arvioitaessa potilaita, joilla on merkittävä ahtauma sepelvaltimosegmenteissä, joissa on keskivaikeaa tai vaikeaa kalkkeutumista, koska CTA:lla on lisääntynyt artefakti ja vaikeuksia havainnollistaa ahtaumaa potilailla, joilla on korkea kalkkeutumisaste . Lisäksi 3.0T:llä parempi SNR voi lisätä distaalisten sepelvaltimosegmenttien näkyvyyttä ja lyhyempi kuvausaika voi parantaa kuvan terävyyttä . SSFP-sekvenssien lisääntyneiden artefaktien vuoksi 3,0T:llä kontrastinvahvistettuja sepelvaltimoiden MRA-menetelmiä on tarkasteltu uudelleen lupaavin alustavin tuloksin .
Spekvenssillä 3,0T:llä suoritettu sepelvaltimoiden kontrastinvahvistettu MRA, jossa on käytetty 3D-kuvausmenetelmää, jossa käytetään vapaata prekessiota. Vasen pääsepelvaltimo (avoin nuoli) lähtee oikeasta sepelvaltimosta (suljettu nuoli) ja kulkee keuhkovaltimon ja aortan välissä (sisäkuva). LV = vasen kammio; RV = oikea kammio; PA = keuhkovaltimo; Ao = aortta.
Lennon aikainen MRA
Lennon aikainen MRA-tekniikka (Time-of-Flight, TOF) on yleisimmin käytetty NCE MRA-tekniikka erityisesti perifeerisissä ja kallonsisäisissä sovelluksissa. TOF perustuu taustasignaalin tukahduttamiseen nopeilla viipalevalikoivilla radiotaajuusherätepulsseilla, jotka kyllästävät paikallaan olevan kudoksen signaalin, jolloin taustasignaali tukahdutetaan. Koska laskimosignaali voi mahdollisesti peittää viereisten valtimoiden näkyvyyden, laskimovirtaus tukahdutetaan yleensä valikoivasti soveltamalla kyllästyskaistaa kuvantamisviipaleen laskimopuolelle signaalin mitätöimiseksi, kun se tulee kuvattavaan viipaleeseen. Samaa periaatetta voidaan soveltaa palleaan hengityksen aikana ja sydämeen sydämen syklin aikana. Kudostasoilla, joissa virtausnopeus on suuri, tuleva veri on vapaa herätepulssista, joka kyllästää taustakudokset, mikä johtaa voimakkaaseen signaalin voimakkuuteen. Veren hidas virtaus tai pysähtyminen, retrogradinen täyttö, mutkittelevat verisuonet tai verisuonet, jotka ovat samassa tasossa kuin kuvasiivu, johtavat veren virtauksen kyllästymiseen kuvattavassa tilavuudessa ja huonoon verisuonten visualisointiin.
TOF-hankinnat voidaan suorittaa 2D- tai 3D-näytteenottoa käyttäen. 3D- TOF:ää käytetään yleisimmin kallonsisäisessä verisuonistossa valtimopuun mutkittelevasta luonteesta, taipumuksesta virrata kuvantamistasossa ja korkean spatiaalisen erottelukyvyn tarpeellisuudesta johtuen. Kliinisesti 2D TOF-angiografiaa käytetään useammin kaulavaltimoiden (kuva 8) ja perifeerisen verisuoniston (kuva 9) arvioinnissa, joka on suunnattu kuvantamistasoon nähden kohtisuoraan . Vaikka protonien kyllästyminen tasossa olevissa verisuonissa on TOF-kuvauksen suurin rajoitus, se voidaan poistaa käyttämällä asteittain kasvavia flip-kulmia laatan läpi laatan sisään virtaavan veren kyllästymisen kompensoimiseksi , usean päällekkäisen ohuen laatan otto (MOTSA), jossa kuvatilavuus otetaan useina ohuina 3D-laattoina ja jossa signaalin kyllästyminen on vähäisempää kuin yhden tilavuuden 3D-kuvauksessa .
2D time-of-flight MRA kaulavaltimoista. (A) Aksiaalinen lähdekuva, jossa on erinomainen verisuonisignaali kaulavaltimoissa (nuolet) ja nikamavaltimoissa (nuolenkärjet). (B) Maksimi-intensiteettiprojektiokuva vasemmanpuoleisista kaulavaltimoista (nuolet) ja nikamavaltimoista (nuolenkärjet).
2D-aikaisen MRA-juoksututkimuksen (MRA-juoksutus) tulokset. Lantion, reisien ja vasikoiden 2D-aikaisen MRA-kuvaus potilaalta, jolla on molemminpuolinen alaraajojen klaudikaatio, joka johtuu pinnallisten reisivaltimoiden tukkeutumisesta molemmin puolin. Virtaus vasikoiden valuma-astioihin (ellipsit) kulkee reisien kollateraalisten valtimoiden (avoimet nuolet) kautta, jotka johtuvat reisivaltimoista profunda femoris.
ECG-gatingia on sovellettu menestyksekkäästi CE-MRA-tekniikoihin rinta-aortassa, jossa sydämen liikkeet voivat aiheuttaa verisuoniseinämän epätarkkuutta aortan nousevassa osassa . Perifeeristen valtimoiden kuvantamisessa, jossa verenkierto riippuu sydämen syklin vaiheesta, voidaan käyttää systolista verenkierron porttausta kuvan ottamisen ajoittamiseksi veren huippuvirtauksen aikaan. Lanzman ja muut kuvasivat hiljattain lupaavan uuden EKG-ohjatun 3D NCE-MRA -tekniikan käyttöä potilailla, joilla on perifeerinen valtimosairaus, ja osoittivat, että kuvanlaatu on riittävä ja että alaraajojen merkittävät valtimoiden ahtaumat paljastuvat ilman ulkoista kontrastiaineen käyttöä.
Steady-state free precession MRA
Tasapainotetut steady-state free precession (SSFP) -tekniikat ovat suosittuja NCE-MRA:ssa, koska kuvan kontrasti määräytyy T2/T1-suhteiden perusteella, mikä johtaa luonnostaan kirkkaisiin verikuviin, joissa on vain vähän riippuvuutta veren virtauksesta . Sekä valtimoiden että laskimoiden signaali on kirkas SSFP-MRA:ssa, minkä vuoksi tämä tekniikka soveltuu hyvin rintakehän MRA-sovelluksiin (kuva 10), joissa verisuonet ovat suurempia ja joissa sekä valtimo- että laskimorakenteiden arviointi on tärkeää (esim. synnynnäisissä sydänsairauksissa). Kliinisissä tilanteissa, joissa laskimosignaali voi häiritä MRA:n tulkintaa (esim. munuaisten MRA), SSFP MRA -tekniikoihin voidaan soveltaa laskimovirtauksen suppressiotekniikoita, jotta saadaan puhtaasti valtimoperäisiä MRA-kuvia.
SSSFP thorax MRA. Ei-kontrastinvahvistettu SSFP MRA potilaalla, jolla on sacculaarinen aortan kaaren aneurysma (nuoli).
Retrospektiivisessä analyysissä, jonka François ym. tekivät 23 potilaasta, joille tehtiin sekä CE-MRA- että 3D-SSFP-kuvaus rinta-aortan aortan läpimitasta, aortan läpimitan mittaus oli olennaisilta ominaisuuksiltaan samanlainen molemmilla menetelmillä, ja 3D-SSFP:llä saavutettiin huomattavan parempi aortan juureen kohdistuva visuaalinen kuva. Erillisessä tutkimuksessa verrattiin CE-MRA:ta ja 3D SSFP:tä keuhkovaltimoiden (PV) arvioinnissa ennen radiotaajuusablaatiokirurgiaa, ja 3D SSFP-kuvat osoittivat tarkat PV:n halkaisijan mittaukset paremmalla SNR- ja CNR-arvolla. Krishnamin ja muiden tekemässä tutkimuksessa osoitettiin, että rinta-aortan vapaasti hengittävällä EKG-ohjatulla SSFP-MRA:lla oli sama diagnostinen herkkyys ja spesifisyys kuin CE-MRA:lla 50 potilaalla, joilla epäiltiin rinta-aortan sairautta. Riippumaton kvalitatiivinen ja kvantitatiivinen kuva-analyysi osoitti, että molemmat tekniikat antoivat erinomaiset näkyvyysluokat kaikista aortan segmenteistä. SSFP-MRA osoitti parempaa näkyvyyttä aortan juuresta, ja sen SNR- ja CNR-arvot olivat korkeammat kaikissa segmenteissä, samalla kun potilas saattoi hengittää vapaasti kuvantamisen aikana.
3D SSFP-MRA:ta on sovellettu myös munuaisvaltimoiden arviointiin. Maki ym. vertasivat 3D SSFP MRA:ta CE-MRA:han 1,5T:llä 40 potilaalla ja osoittivat, että 3D SSFP MRA:n herkkyys oli 100 % ja spesifisyys 84 %. Vastaavasti Wyttenbach ym. arvioivat 53 potilasta, joilla epäiltiin munuaisvaltimon ahtaumaa, 3D SSFP- ja CE-MRA:lla 1,5T:llä, ja 3D SSFP MRA:n herkkyys oli 100 % ja spesifisyys 84 %. Lanzmanin ja muiden tekemässä tutkimuksessa verrattiin munuaisvaltimoiden kuvanlaatua ja näkyvyyttä 1,5T:llä ja 3,0T:llä ja osoitettiin, että SNR- ja CNR-arvot paranivat merkittävästi 3,0T:llä 13-16 % ja 16-23 %, ja keskimääräisen kuvanlaadun paraneminen oli suurinta segmentaalisissa valtimonhaaroissa. Vaikka parannus on merkittävä, se on pienempi kuin 3,0T:llä odotettavissa oleva SNR:n teoreettinen kaksinkertaistuminen, joka johtuu siitä, että SSFP perustuu T2/T1-suhteesta saatavaan kontrastiin.
Arteriaalinen spin labeling (ASL) on tekniikka, joka voidaan yhdistää SSFP:hen kuvanlaadun parantamiseksi parantamalla taustakudoksen vaimennusta. Kuvantamiskentän yläpuolella olevat protonit ”merkitään” inversiopulssilla kontrastin aikaansaamiseksi. Taustakudos voidaan tukahduttaa vähentämällä merkitsemätön kuva merkityn veren kuvasta kahdessa otannassa tai soveltamalla koko kuvantamiskentän spatiaalisesti epäselektiivistä merkintäpulssia kiinnostuksen kohteena oleviin valtimoihin kohdistuvan merkintäpulssin lisäksi yhdessä otannassa. ASL SSFP:n avulla saadaan kirkasverisiä, laskimovapaita kuvia, joilla on korkea SNR ja jotka soveltuvat erityisesti kaulavaltimoiden ja munuaisvaltimoiden kuvantamiseen (kuva 11), koska niiden herkkyys virtausartefakteille on vähentynyt. Aortan monimutkainen verisuonisto suhteessa munuaisvaltimoihin visualisoituu hyvin tällä tekniikalla, ja ensimmäiset kliiniset kokemukset ovat osoittaneet CE-MRA:n kanssa vertailukelpoisia tuloksia sekä terveillä vapaaehtoisilla että potilailla, joilla on munuaisvaltimon ahtauma (kuva 12) . Käyttämällä tämäntyyppistä sekvenssiä 67 potilaalla, joilla epäiltiin munuaisvaltimon ahtaumaa, Glockner ym. havaitsivat, että SSFP tuotti diagnostisia kuvia useimmissa tapauksissa, mutta sillä oli enemmän vääriä positiivisia ja negatiivisia tuloksia kuin CE-MRA:lla.
SSFP- munuaisvaltimoiden MRA. (A) Kontrastia vahvistamaton, tulovirtausvalmisteinen, inversiotakaisinsaanti SSFP MRA ja (B) kontrastia vahvistava MRA potilaalla, jolla on kaksi oikeanpuoleista munuaisvaltimoa (suljettu nuoli = päämunuaisvaltimo; avoin nuoli = lisämunuaisvaltimo). Mielenkiintoista on, että segmentaaliset munuaisvaltimon haarat (nuolenkärjet) näkyvät paremmin SSFP-MRA:lla kuin kontrastipainotteisella MRA:lla.
SSFP-munuaisvaltimon MRA. (A) Ei-kontrastia tehostettu, sisäänvirtausvalmisteinen, inversio talteenotto SSFP MRA, (B) kontrastia tehostettu MRA ja (C) digitaalinen subtraktioangiografia potilaalla, jolla on munuaissiirtovaltimon ahtauma (suljettu nuoli). Stenoosia on myös yhteisessä suoliluunvaltimossa (avoin nuoli).
ASL:ää rajoittaa se, että se luottaa valtimon nopeuteen ja korvaa kuvantamistasossa olevan veren merkityllä verellä. Perifeerisissä valtimoissa, joissa virtaus on hitaampaa, merkityn veren sisäänvirtaus voi lähestyä ympäröivien kudosten T1-arvoa, jolloin merkkausvaikutus poistuu. Tämä voidaan osittain korjata moninkertaisilla, ohuemmilla levyn hankinnoilla, mutta pidempien kuvausaikojen kustannuksella.
Faasikontrasti-MRA
Faasikontrasti (PC) MRA tuottaa kuvan soveltamalla bipolaarista nopeuskoodausgradienttia pulssisekvenssin aikana kahteen kertaan vastakkaisiin suuntiin, jolloin nettomääräinen faasimuutos on nolla paikoillaan olevissa kudoksissa, kun taas liikkuvaan vereen kohdistetaan faasimuutos, mikä tuottaa signaalin. Signaalin voimakkuus on verrannollinen liikkuvan veren nopeuteen ja bipolaarisen virtauskoodausgradientin voimakkuuteen, joka määrätään asettamalla nopeuskoodausarvo (Venc). Venc-arvo kuvaa suurinta nopeutta, joka voidaan koodata tarkasti ilman aliasingia, kuten Doppler-nopeusmittauksessa. Näin ollen vaihekontrasti-MRA antaa virtausta koskevien hemodynaamisten tietojen lisäksi anatomisia kuvia verisuonista, toisin kuin TOF- ja CE-MRA-tekniikat. Verisuonensisäinen signaalihäviö 3D-PC-MRA:ssa hemodynaamisesti merkittävän ahtauman kohdalla ja sen distaalisella puolella (kuva 13) johtuu turbulenttiseen virtaukseen liittyvästä intravokselin vaihehajonnasta, ja sitä voidaan käyttää ahtaumien hemodynaamisen merkityksen arviointiin. PC MRA:ta voidaan käyttää virtauksen suunnan ja nopeuden tunnistamiseen, ja sillä on parempi taustan vaimennus kuin TOF:llä. Sen käyttöä rajoittavat pidemmät kuvien ottoajat ja suurempi herkkyys verenkierron nopeuden ja suuruuden muutoksille sydämen syklin aikana . Vaikka virtausmittausten tarkkuus ei 3,0T:llä olekaan suurempi kuin 1,5T:llä, tietyllä VENC:llä mitattu signaali on suurempi ja kohina pienempi. Tämä mahdollistaa VENC:n kasvattamisen, mikä vähentää aliasing-artefakteja alueilla, joilla virtaus on suurempaa, lisäämättä kuvan kokonaiskohinaa kohtuuttomalle tasolle .
3D-faasikontrasti-MRA. (A) Kontrastia vahvistava MRA, (B) 3D-vaihekontrasti (PC) MRA ja (C) digitaalinen subtraktioangiografia potilaalla, jolla on oikean munuaisvaltimon ahtauma (nuoli). Signaalin tyhjyys 3D-PC-MRA:ssa osoittaa, että ahtauma on hemodynaamisesti merkittävä. Painegradientti stenoosin yli katetriangiografiassa oli 18 mmHg.
Traditionaalisesti PC MRA suoritettiin kolmisuuntaisella nopeuskoodauksella ilman ajallista informaatiota, jotta saatiin ”kompleksi-differentiaali” MR-angiogrammi. Tässä lähestymistavassa jokainen otto toistettiin kolme kertaa eri nopeuskompensointisuunnalla ja kerran ilman virtauskompensointia. Koska 3D PC MRA:ta varten tarvitaan neljä otosta, skannausajat ovat pitkiä ja kuvantamistilavuus on rajallinen. Rinnakkaiskuvaustekniikoita ja 3D-radiaalista alinäytteenottoa eli Vastly undersampled Isotropic Projection Reconstruction (VIPR) -menetelmää on käytetty lyhentämään skannausaikaa ilman, että kattavuus tai resoluutio kärsisi. Lisäksi nämä kuvantamisen kiihdytystekniikat ovat mahdollistaneet ajallisen informaation hankkimisen tavanomaisen 3D-PC-MRA-hankinnan lisäksi, mikä on johtanut neliulotteiseen (4D = kolmiulotteinen spatiaalinen koodaus, kolmiulotteinen nopeuskoodaus ja aika) PC-MRA:han, jota voidaan käyttää erilaisissa verisuonisovelluksissa. Vaikka näitä uudempia 4D PC MRA-sekvenssejä voidaan käyttää NCE MRA:ssa, näiden tekniikoiden tulevaisuuden suunta on niiden tarjoama hemodynaaminen lisätieto. Toisin kuin perinteisessä kaksiulotteisessa (2D) PC MRA:ssa, jossa kiinnostuksen kohteena oleva verisuoni on tiedettävä ennen kuvausta ja kuvataso on määriteltävä skannerissa tutkimuksen aikana, 4D PC MRA -tekniikat mahdollistavat kaikkien kuvantamistilavuuden sisällä olevien verisuonten virtausnopeuksien jälkikäteisen arvioinnin samasta otoksesta. Lisäksi 4D PC MRA -tekniikoilla voidaan arvioida kvalitatiivisesti sydän- ja verisuonijärjestelmän monimutkaisia virtauskuvioita (kuva 14) ja laskea noninvasiivisesti erilaisia hemodynaamisia parametreja, mukaan lukien painegradientit , seinämän leikkausjännitys ja oskilloiva jännitysindeksi . Näiden tekniikoiden käyttöönottoa kliinisessä rutiinissa rajoittaa tällä hetkellä kykymme käsitellä ja tulkita näiden sekvenssien tuottamaa suurta tietomäärää.
4D-virtaus-MRA. Hiukkasjäljet 4D-virtaus-MRA:sta (PC VIPR) samalla potilaalla kuin kuvassa 1. Todellisessa luumenissa on laminaarinen virtaus (suljettu nuoli) ja väärässä luumenissa on kierukkavirtaus (avoin nuoli).