Gefäß-Bildgebung

Theorie der MR-Angiographie

Die technische Realisierung der MRA ist an folgende Komponenten der Hardware und Software gebunden:

Hardware und Software
Technische Umsetzung

hohe Flussdichte

1,5 oder 3,0 Tesla, selten 1,0 Tesla

leistungsstarke Gradienten

bevorzugt 40 oder 50 mT/m, schneller Gradientenanstieg

ultraschnelle 3D-GRE-Sequenz

meist gespoilte Turbo-FLASH-Sequenz

automat. Tischverschiebung

gestattet einzeitige Mehretagenuntersuchung

parallele Bildgebung

Zeitverkürzung um den Faktor 2 und mehr

Bolus-Detektion

automatisiert in einem Gefäß-ROI

Mehrkanal-Phased-array-Spule

automatische Abdeckung führt zu hoher Ortsauflösung
variable Scanparameter hohe Zeitauflösung proximal, hohe Ortsauflösung distal


Durch die longitudinale Volumenabdeckung und die Flusskinetik ergeben sich für die MRA der Becken-Bein-Region hohe Anforderungen an die Zeit- und Ortsauflösung:

Die Längenausdehnung von den Nierenarterien bis zu den Zehenarterien umfasst eine Strecke von mehr als 100cm, wofür drei separate Messetagen benötigt werden. Die überlagerungsfreie Darstellung der Fußarterien sollte immer angestrebt werden.
Bei einer arteriovenösen Passagezeit von 5 bis 7s pro Etage ist eine hohe Zeitauflösung vonnöten, wenn die Messetagen sukzessive ohne venöse Überlagerung akquiriert werden.

Unter der Annahme, dass zur Stenosengraduierung mindestens 3 Pixel für den Querdurchmesser eines Gefäßes benötigt werden, ist eine Ortsauflösung mit folgenden Voxelgrößen zu fordern: aortoiliakal 4 bis 5mm3, femoropopliteal 3 bis 4mm3 und kruropedal 1bis 2mm3.

Grundlagen der MR-Angiographie

Für das zur Detektion von kleinen Gefäßen ausreichendes Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) kommen dezidierte Oberflächenspulen und die Technik der Bildsubtraktion zur Anwendung.

 

Tischverschiebe-Technik

Die Messung erfolgt in koronalen Schichtblöcken. Der 1m lange Messbereich wird sukzessiv durch die aortoiliakalen, femoropoplitealen und kruropedalen Etagen abgedeckt, wobei die nachfolgende Etage durch die automatisierte Tischverschiebung angesteuert wird. Die Becken- und Oberschenkeletagen müssen rasch durchlaufen werden,  um venöse Überlagerungen an den Unterschenkeln zu vermeiden. Es werden unterschiedliche Anforderungen an die Untersuchungstechnik gestellt, nämlich eine hohe Zeitauflösung in den aortoiliakalen und femoropoplitealen Etagen im Gegensatz zur hohen Ortsauflösung in der kruropedalen Etage.

Phased-array-Spulen

Sie bestehen aus mehreren (8 bis 12) Spulenelementen. Mit den Einzelspulen werden mit hoher Ortsauflösung und optimiertem Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) kleine Bildfelder akquiriert, die zu einem hochaufgelösten Gesamtbild zusammengefügt werden. Die Spulenelemente sind um den Rumpf und die Beine des Patienten unter Einbezug der ortsfesten Wirbelsäulenspulen angeordnet und lassen sich zu Spulengruppierungen kombinieren.

Sequenzen der MRA

In der peripheren MRA können prinzipiell folgende Untersuchungsarten zum Einsatz kommen:

Die native Time-of-flight(TOF)-MRA beruht auf dem Prinzip des Einstroms von nichtgesättigten Blutspins in einen mit Radiofrequenzpulsen gesättigten Schichtblock.
Die ebenfalls native Phasenkontrast(PC)-MRA misst die Phasendifferenz der Quermagnetisierung zwischen stationären und bewegten Spins.

Die TOF-MRA und die PC-MRA konnten sich aufgrund langer Akquisitionszeiten und methodischer Probleme in der Stenosengraduierung nicht durchsetzen. Sie dienen nur zur anatomischen Orientierung in der dreidimensionalen Planung der Gefäßvolumina.

Die kontrastmittelverstärkte MRA (ceMRA) hat sich als nichtinvasives Diagnostikverfahren etabliert. Appliziert wird ein gadoliniumhaltiges Kontrastmittel, das durch Verkürzung der T1-Zeit des Blutes den Bildkontrast erzeugt. Zur Anwendung kommt eine ultraschnelle GRE-Sequenz vom Typ Turbo-FLASH mit einem Spoiler. Ziel ist die Datenakquisition im Untersuchungsvolumen während des arteriellen Kontrastmitteldurchgangs („first-pass“-MRA) mit Trennung der arteriellen von der venösen Phase.

 

Untersuchungstechnische Prämissen

Durch die große longitudinale Volumenabdeckung und die Flusskinetik ergeben sich für die MRA der Becken-Bein-Region hohe Anforderungen an die Zeit- und Ortsauflösung:

- Die Längenausdehnung von den Nierenarterien bis zu den Zehenarterien umfasst eine Strecke von mehr als 100cm, wofür drei separate Messetagen benötigt werden. Die überlagerungsfreie Darstellung der Fußarterien sollte immer angestrebt werden.

- Bei einer arteriovenösen Passagezeit von 5 bis 7s pro Etage ist eine hohe Zeitauflösung vonnöten, wenn die Messetagen sukzessive ohne venöse Überlagerung akquiriert werden.

- Unter der Annahme, dass zur Stenosengraduierung mindestens 3 Pixel für den Querdurchmesser eines Gefäßes benötigt werden, ist eine Ortsauflösung mit folgenden Voxelgrößen zu fordern: aortoiliakal 4 bis 5mm3, femoropopliteal 3 bis 4mm3 und kruropedal 1bis 2mm3.

Für das zur Detektion von kleinen Gefäßen ausreichendes Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) kommen dezidierte Oberflächenspulen und die Technik der Bildsubtraktion zur Anwendung.

Technische Realisierung

Sie ist an folgende Komponenten der Hardware und Software gebunden:

Hardware und Software der MRA

Technische Umsetzung

hohe Flussdichte

1,5 oder 3,0 Tesla, selten 1,0 Tesla

leistungsstarkes Gradientensystem

bevorzugt 40 oder 50mT/m, kurze Gradientenanstiegszeit

ultraschnelle 3D-Gradientenecho-Sequenz

meist gespoilte Turbo-FLASH-Sequenz

automatische Tischverschiebung

gestattet einzeitige Mehretagenuntersuchung

parallele Bildgebung

Zeitsverkürzung um den Faktor 2 und mehr

Detektion des Kontrastmittelbolus

automatisiert in einem Gefäß-ROI

Mehrkanal-Phased-array-Spulenelemente

anatomische Abdeckung führt zur hohen Ortsauflösung

variable Scanparameter

hohe Zeitauflösung proximal, hohe Ortsauflösung distal

Tischverschiebe-Technik

Die Messung erfolgt in koronalen Schichtblöcken. Der 1m lange Messbereich wird sukzessiv durch die aortoiliakalen, femoropoplitealen und kruropedalen Etagen abgedeckt, wobei die nachfolgende Etage durch die automatisierte Tischverschiebung angesteuert wird. Die Becken- und Oberschenkeletagen müssen rasch durchlaufen werden, um venöse Überlagerungen an den Unterschenkeln zu vermeiden. Es werden unterschiedliche Anforderungen an die Untersuchungstechnik gestellt, nämlich eine hohe Zeitauflösung in den aortoiliakalen und femoropoplitealen Etagen im Gegensatz zur hohen Ortsauflösung in der kruropedalen Etage.

Phased-array-Spulen

Sie bestehen aus mehreren (8 bis 12) Spulenelementen. Mit den Einzelspulen werden mit hoher Ortsauflösung und optimiertem Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) kleine Bildfelder akquiriert, die zu einem hochaufgelösten Gesamtbild zusammengefügt werden. Die Spulenelemente sind um den Rumpf und die Beine des Patienten unter Einbezug der ortsfesten Wirbelsäulenspulen angeordnet und lassen sich zu Spulengruppierungen kombinieren.

Sequenzen der MRA

In der peripheren MRA können prinzipiell folgende Untersuchungsarten zum Einsatz kommen:

- Die native Time-of-flight(TOF)-MRA beruht auf dem Prinzip des Einstroms von nichtgesättigten Blutspins in einen mit Radiofrequenzpulsen gesättigten Schichtblock.

- Die ebenfalls native Phasenkontrast(PC)-MRA misst die Phasendifferenz der Quermagnetisierung zwischen stationären und bewegten Spins.
Die TOF-MRA und die PC-MRA konnten sich aufgrund langer Akquisitionszeiten und methodischer Probleme in der Stenosengraduierung nicht durchsetzen. Sie dienen nur zur anatomischen Orientierung in der dreidimensionalen Planung der Gefäßvolumina.

- Die kontrastmittelverstärkte MRA (ceMRA) hat sich als nichtinvasives Diagnostikverfahren etabliert. Appliziert wird ein gadoliniumhaltiges Kontrastmittel, das durch Verkürzung der T1-Zeit des Blutes den Bildkontrast erzeugt. Zur Anwendung kommt eine ultraschnelle GRE-Sequenz vom Typ Turbo-FLASH mit einem Spoiler. Ziel ist die Datenakquisition im Untersuchungsvolumen während des arteriellen Kontrastmitteldurchgangs („first-pass“-MRA) mit Trennung der arteriellen von der venösen Phase.

 

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