Development of motion compensated 3D T2 mapping for cardiac imaging
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| Data de Publicação: | 2015 |
| Tipo de documento: | Dissertação |
| Idioma: | eng |
| Título da fonte: | Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) |
| Texto Completo: | http://hdl.handle.net/10451/20819 |
Resumo: | Tese de mestrado integrado, Engenharia Biomédica e Biofísica (Engenharia Clínica e Instrumentação Médica)Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2015 |
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Development of motion compensated 3D T2 mapping for cardiac imagingRessonância magnética cardíacaMapeamento de T2Respiração livreCorreção de movimento respiratórioiNAVTeses de mestrado - 2015Departamento de FísicaTese de mestrado integrado, Engenharia Biomédica e Biofísica (Engenharia Clínica e Instrumentação Médica)Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2015A Ressonância Magnética Cardíaca (RMC) tem vindo a crescer tendo-se tornado numa excelente técnica de avaliação de doenças cardíacas, uma vez que produz imagens do coração de alta qualidade e de forma não ionizante. O edema do miocárdio é uma patologia em que ocorre aumento da quantidade de água o que se traduz num valor de T2 mais elevado nos tecidos. Para além do edema, outras patologias que levam a um aumento do valor do T2 são por exemplo o enfarte agudo do miocárdio, miocardite, tecidos transplantados rejeitados ou a sarcoidose. Por outro lado, valores de T2 mais baixos já foram encontrados em hemorragias no interior do miocárdio e em excessos crónicos de ferro em cardiomiopatias de ferritina. Esta relação faz com que o T2 e, portanto, as imagens ponderadas em T2 sejam bastante úteis em RMC. No entanto, as imagens de RMC ponderadas em T2 normalmente apresentam limitações: são bastante sensíveis a movimentos dos órgãos, o sangue pode afetar o sinal medido nos tecidos e estas imagens estão sempre sujeitas a uma interpretação subjetiva por parte do médico. Assim sendo, recentemente foi proposta uma alternativa mais quantitativa, que foi denominada de mapeamento de T2. Normalmente, este método envolve a aquisição de três sequencias T2prep, cada uma com diferentes tempos de eco do T2prep. O sinal em cada imagem representa um diferente tempo de eco ao longo da curva de decaimento em T2 e os mapas gerados são baseados nas três imagens com diferentes ponderações em T2. Os mapeamentos de T2 podem fornecer uma deteção exata e confiável do tecido edematoso, presente no miocárdio, superando as limitações inerentes à análise de imagens ponderadas em T2. Contudo, as técnicas mais comuns de mapeamento de T2 ainda apresentam algumas limitações como a baixa resolução espacial e a incapacidade de corrigir corretamente o movimento, levando a que a maioria dos mapeamentos de T2 seja feita a duas-dimensões (2D) { ou seja apenas um corte { e em apneia. No entanto, apneias incompletas podem-se traduzir num mau co-registo das diferentes imagens, originando mapas incorretos. Na prática, longas aquisições e varias apneias são um entrave a mapeamentos de T2 de todo o coração { e não apenas só ao ventrículo esquerdo. Por exemplo, em situações onde o edema do miocárdio possa servir como um marcador de isquémia aguda (associada a dor torácica), certos pacientes têm dificuldade em tolerar múltiplas apneias e em permanecer longos tempos de aquisição dentro do magneto. Além disso, a maioria dos mapeamentos de T2 presentes na literatura foram testados e planeados para equipamentos de 1.5T. Paralelamente, têm sido utilizadas algumas técnicas para limitar o efeito do movimento respiratório durante as aquisições das imagens { denominadas de navegadores. O navegador diafragmático a uma-dimensão (d1D NAV) { também denominado por pencil beam { é a abordagem mais simples e baseia-se numa relação linear entre o diafragma e o movimento respiratório. No entanto, para além do planeamento que é necessário antes da aquisição das imagens { de modo a colocar o navegador perto do diafragma { é também difícil de prever o tempo extra que esta abordagem vai implicar, uma vez que esta técnica é pouco eficiente para ciclos respiratórios e cardíacos irregulares. Estas limitações levaram a que um tipo de navegador diferente fosse criado, ao qual se chamou auto-navegação. Com esta abordagem o movimento respiratório é calculado diretamente a partir dos dados, removendo a necessidade de um modelo de movimento do diafragma. No entanto, esta técnica pode incluir na estimativa do movimento dos pulmões alguns tecidos estáticos (como por exemplo a parede torácica), o que pode levar a uma incorreta estimativa do movimento. Muito recentemente, uma nova técnica foi proposta { e foi utilizada neste trabalho incorporada na sequência utilizada para obter os mapeamentos de T2 { chamada de navegação baseada em imagem (iNAV). Com o iNAV, antes da aquisição principal, são obtidas imagens do coração de baixa resolução. Estas imagens de baixa resolução são utilizadas para automaticamente e em tempo real, calcular o movimento do coração. Este calculo do movimento do coração, é feito através de um algoritmo { adaptado de uma versão previamente existente { que utiliza a informação das imagens de baixa resolução e separa os tecidos em movimento dos tecidos estáticos levando a uma estimativa precisa do movimento respiratório. O trabalho aqui apresentado consistiu no desenvolvimento, teste e validação de uma nova abordagem para o mapeamento de T2 que permite a aquisição de um volume a três-dimensões (3D) cobrindo assim todo o coração. A esta abordagem, foi englobado o iNAV, que reduz drasticamente o tempo de aquisição, permitindo que o sujeito possa respirar livremente durante a realização do exame. Sendo a sua é ciência de 100% é possível prever o tempo esperado para o exame. Apesar de outros navegadores (como por exemplo o pencil beam e a auto-navegação) já terem sido utilizados para melhorar o mapeamento de T2, não existem estudos que tenham recorrido ao iNAV. É de realçar ainda o facto de se usar um impulso de saturação, fazendo com que esta abordagem seja insensível a variações na frequência cardíaca e permitindo que sejam adquiridas imagens em todos os batimentos cardíacos, não sendo necessário esperar muito tempo para recuperar a magnetização T1. Outra das vantagens da sequência apresentada é o facto de as imagens se encontrarem espacialmente alinhadas usando volumes intercalados com diferentes ponderações em T2. As aquisições a 3D melhoram quer a compensação do movimento através dos vários planos quer a razão sinal-ruído (RSR) em comparação com técnicas anteriores. A precisão desta técnica foi medida usando fantomas de gel com diferentes valores de T1 e T2 e foi demonstrada em aquisições a 3D para mapeamento de T2 do coração em humanos saudáveis (isto é, sem nenhuma patologia cardíaca) num equipamento de 3T. Para se proceder à validação desta abordagem foram comparados os resultados dos mapeamentos de T2 utilizando a correção do movimento feita pelo iNAV e através do pencil beam. Finalmente, foi feita a análise estatística para comparar os resultados obtidos. Os mapeamentos de T2 a 3D revelaram resultados consistentes com os métodos mais tradicionais no caso dos voluntários analisados. O valor de T2 obtido para o miocárdio foi de 45.7 ± 5.7 ms utilizando a técnica desenvolvida neste trabalho (tempo de aquisição = 4.56 ± 1.7 min), 47.1 ± 8.9 ms utilizando a correção feita pelo pencil beam (tempo de scan = 14.2 ± 3 min) e 46.1 ± 6.3 ms numa aquisição a 2D e em apneia. Após a análise estatística, conclui-se que os valores de T2 não apresentam diferenças significativas entre métodos (p < 0.05). A técnica desenvolvida neste trabalho permite obter mapeamentos de T2 a 3D do coração de forma precisa e em menos de 5 minutos. Além disso, esta abordagem permite que o paciente respire livremente aquando da aquisição das imagens e apresenta resultados similares aos que se obtém com a abordagem a duas dimensões. Apesar de não ter sido possível testar a técnica proposta em pacientes, acredita-se que é possível utiliza-la sem qualquer restrição. Trabalhos futuros podem incluir o teste deste método na caracterização de diferentes patologias cardíacas, bem como na tentativa de combinar a técnica aqui proposta com métodos de aquisição paralela, que permitam reduzir ainda mais o tempo de scan. É possível concluir que os objetivos foram atingidos e os resultados bastante promissores nesta abordagem inovadora, uma vez que não há registos de mapeamentos de T2 juntamente com o iNAV.Purpose: T2 mapping can detect variations in the water content of the myocardium. As it consists of a quantitative approach, this technique overcame some of the limitations present in the commonly used T2-weighted MRI. In fact, this type of methodology is becoming increasingly important for tissue characterization in patients with myocardial pathologies (e.g. myocardial edema). As a large set of images may be needed to calculate each parameter, scans have been typically limited to 2D images acquired during breath-holding (BH). The aim of this project was to extend the commonly used breath hold approaches enabling free breathing while attaining high resolution whole heart images by developing and test a free-breathing, whole heart T2 mapping technique at 3.0T. Methods: To generate T2 maps, multiple images are acquired with varying degrees of T2 weighting using magnetization preparation. In this work, imagebased navigation (iNAV) was combined with a dynamic T2 prepared sequence with a varying T2prep echo time to investigate the feasibility of iNAV for T2 mapping with 100% scan efficiency. ECG-triggering, interleaved acquisitions and a saturation pulse { to reset the magnetization on every heartbeat { were used in the module. A monoexponential function is adjusted to the images intensities and with the fitting the T2 maps are generated. The work consisted in adapting the MRI pulse sequence for T2 mapping by introducing iNAV for respiratory motion correction and evaluation of the new 3D T2mapping scan in phantoms as well as healthy subjects. Results: In healthy volunteers the T2 values did not display significant differences (p < 0.05) when the results obtained with the proposed approach (45.7 ± 5.7 ms), were compared to those obtained with previous methods - the 3D T2prep corrected with the pencil beam navigator (47.1 ± 8.9 ms) and the breath-held 2D T2prep (46.1 ± 6.3 ms). Conclusion: The proposed free-breathing whole heart 3D T2 mapping approach is feasible and can be performed within less than 5 min with similar accuracy to that of the 2D-BH T2 mapping approach. Also, it may be applicable in myocardial assessment instead of current clinical black blood sequences.Botnar, RenéNunes, Rita Gouveia, 1976-Repositório da Universidade de LisboaTourais, João Luís Silva Canaveira2015-12-16T10:37:38Z201520152015-01-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10451/20819TID:201274574enginfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-11-08T16:06:36Zoai:repositorio.ul.pt:10451/20819Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T21:38:44.237740Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse |
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