Impact of Magnetic Field Strength and Receiver Coil in Ocular MRI: A Phantom and Patient Study

Abstract

Purpose: Generally, high-resolution MRI of the eye is performed with small loop surface coils. The purpose of this phantom and patient study was to investigate the influence of magnetic field strength and receiver coils on image quality in ocular MRI.

Materials and Methods: The eyeball and the complex geometry of the facial bone were simulated by a skull phantom with swine eyes. MR images were acquired with two small loop surface coils with diameters of 4 cm and 7 cm and with a multi-channel head coil at 1.5 and 3 Tesla, respectively. Furthermore, MRI of the eye was performed prospectively in 20 patients at 1.5 Tesla (7 cm loop surface coil) and 3 Tesla (head coil). These images were analysed qualitatively and quantitatively and statistical significance was tested using the Wilcoxon-signed-rank test (a p-value of less than 0.05 was considered to indicate statistical significance).

Results: The analysis of the phantom images yielded the highest mean signal-to-noise ratio (SNR) at 3 Tesla with the use of the 4 cm loop surface coil. In the phantom experiment as well as in the patient studies the SNR was higher at 1.5 Tesla by applying the 7 cm surface coil than at 3 Tesla by applying the head coil. Concerning the delineation of anatomic structures no statistically significant differences were found.

Conclusion: Our results show that the influence of small loop surface coils on image quality (expressed in SNR) in ocular MRI is higher than the influence of the magnetic field strength. The similar visibility of detailed anatomy leads to the conclusion that the image quality of ocular MRI at 3 Tesla remains acceptable by applying the head coil as a receiver coil.

Key Points:

• The smaller the coil and the closer to the object the higher the signal-to-noise ratio is.

• In ocular MRI, the influence of the coil on image quality is greater than the influence of the magnetic field strength.

• In ocular MRI, 3 Tesla can result in an acceptable image quality by using the head coil.

Citation Format:

• Erb-Eigner K, Warmuth C, Taupitz M et al. Impact of Magnetic Field Strength and Receiver Coil in Ocular MRI: A Phantom and Patient Study. Fortschr Röntgenstr 2013; 185: 830 – 837

Zusammenfassung

Ziel: Das hochauflösende MRT des Auges wird im Allgemeinen mit kleinen ringförmigen Oberflächenempfangsspulen durchgeführt. Das Ziel dieser Studie war es, mittels Phantommessungen und Patientenuntersuchungen den Einfluss von Feldstärke und Empfangsspule auf die Bildqualität der MRT des Auges zu ermitteln.

Material und Methoden: Der Augapfel und die komplexe Geometrie des Gesichtsschädels wurden mit einem Schädelmodell mit Schweineaugen simuliert. MRT-Messungen wurden mit 2 kleinen Oberflächenringspulen mit den Durchmessern 4 cm und 7 cm und einer Mehrkanal-Kopfspule bei jeweils 1,5 und 3 Tesla durchgeführt. Zudem wurde prospektiv bei 20 Patienten eine MRT des Auges bei jeweils 1,5 Tesla (7 cm Oberflächenringspule) und 3 Tesla (Kopfspule) durchgeführt. Diese Bilddaten wurden qualitativ und quantitativ analysiert und statistisch ausgewertet (Wilcoxon-Rangsummen-Test, Signifikanzniveau 0,05).

Ergebnisse: Die Auswertung der Phantommessungen ergab das höchste mittlere Signal-zu-Rausch-Verhältnis (SNR) bei 3 Tesla mit der 4 cm-Oberflächenringspule. Sowohl bei den Phantommessungen als auch bei den Patientenuntersuchungen ergab die Verwendung einer 7 cm-Oberflächenringspule bei 1,5 Tesla ein höheres SNR als die Verwendung der Kopfspule bei 3 Tesla. Hinsichtlich der anatomischen Detailerkennbarkeit konnten jedoch keine signifikanten Unterschiede festgestellt werden.

Schlussfolgerung: Unsere Ergebnisse zeigen, dass bei der MRT des Auges der Einfluss der verwendeten Spule auf die Bildqualität (ausgedrückt als SNR) höher ist als der Einfluss der Feldstärke. Die konstante anatomische Detailerkennbarkeit lässt jedoch den Rückschluss zu, dass die Bildqualität der MRT des Auges bei 3 Tesla auch unter Verwendung der Kopfspule als Empfangsspule zu akzeptablen Ergebnissen führt.

Key words

eye - MR-imaging - technical aspects

• References

• 1 Keil B, Wulff J, Schmitt R et al. Schutz der Augenlinse in der Computertomografie – Dosisevaluation an einem antropomorphen Phantom mittels Thermolumineszenzdosimetrie und Monte-Carlo-Simulationen. Fortschr Röntgenstr 2008; 180: 1047-1053
• 2 Spira D, Ernemann U, Schulze M et al. Bildgebende Diagnostik von Orbitatumoren. Fortschr Röntgenstr 2009; 181: 925-927
• 3 Lemke AJ, Kazi I, Landeck LM et al. Differenzialdiagnostik intrakonaler orbitaler Raumforderungen unter Verwendung der hochauflösenden MRT mit Oberflächenspulen anhand von 78 Patienten. Fortschr Röntgenstr 2004; 176: 1436-1446
• 4 Hoffstetter P, Friedrich C, Framme C et al. Nachweismöglichkeit intraorbitaler Fremdkörper durch MDCT. Fortschr Röntgenstr 2011; 183: 543-548
• 5 Reiss-Zimmermann M, Sorge I, Sterker I et al. MRT-Bildgebung von Orbitaerkrankungen im Kindesalter. Fortschr Röntgenstr 2011; 183: 781-787
• 6 Erb K, Bohner G, Mussler A. Anteriores Staphylom beim Neugeborenen. Fortschr Röntgenstr 2011; 183: 390-391
• 7 Bilaniuk LT, Schenck JF, Zimmerman RA et al. Ocular and orbital lesions: surface coil MR imaging. Radiology 1985; 156: 669-674
• 8 Sullivan JA, Harms SE. Surface-coil MR imaging of orbital neoplasms. Am J Neuroradiol 1986; 7: 29-34
• 9 Wilms G, Marchal G, Decrop E et al. Kernspinresonanztomographie der Orbita mit Teslagerät (1,5 Tesla). Fortschr Röntgenstr 1988; 149: 496-501
• 10 Mihara F, Murayama S, Gupta KL et al. Peripheral findings in MR using surface coil. Comput Med Imaging Graph 1991; 15: 451-454
• 11 Hosten N, Lemke A, Sander B et al. MRT des Auges: Normalanatomie und Nachweis kleinster Läsionen mit einer hochauflösenden Oberflächenspule. Fortschr Röntgenstr 1996; 164: 126-131
• 12 Lemke AJ, Hosten N, Grote A et al. Anatomie und Pathologie des Retrobulbärraums in der MRT bei Anwendung einer hochauflösenden Oberflächenspule. Ophthalmologe 1996; 93: 292-298
• 13 Georgouli T, Chang B, Nelson M et al. Use of high-resolution microscopy coil MRI for depicting orbital anatomy. Orbit 2008; 27: 107-114
• 14 Rossi C, Boss A, Lindig TM et al. Diffusion-Tensor-Bildgebung des Rückenmarks bei 1,5 und 3,0 Tesla. Fortschr Röntgenstr 2007; 179: 219-224
• 15 Regier M, Nolte-Ernsting C, Adam G et al. Intraindividueller Vergleich der Bildqualität in der MR-Urographie bei 1,5 und 3 Tesla am Tiermodell. Fortschr Röntgenstr 2008; 180: 915-921
• 16 Rottgen R, Haltaufderheide K, Schroder RJ et al. Auswirkung der Feldstärke bei der standardisierten Kernspintomographie des Gehirns am Beispiel der Darstellung von Hirnnerven und Gefäßen in den basalen Zisternen: Vergleich zwischen 1,5 und 3,0 Tesla. Fortschr Röntgenstr 2005; 177: 530-535
• 17 Graf H, Schick F, Claussen CD et al. MR-Bildgebung der Innenohrstrukturen: Vergleich der hochaufgelösten Messung bei 1,5 T und 3 T. Fortschr Röntgenstr 2004; 176: 17-20
• 18 Kuo R, Panchal M, Tanenbaum L et al. 3.0 Tesla imaging of the musculoskeletal system. J Magn Reson Imaging 2007; 25: 245-261
• 19 Mafee MF, Rapoport M, Karimi A et al. Orbital and ocular imaging using 3- and 1.5-T MR imaging systems. Neuroimaging Clin N Am 2005; 15: 1-21
• 20 Lemke AJ, Alai-Omid M, Hengst SA et al. Eye imaging with a 3.0-T MRI using a surface coil – a study on volunteers and initial patients with uveal melanoma. Eur Radiol 2006; 16: 1084-1089
• 21 Sanchez I, Martin R, Ussa F et al. The parameters of the porcine eyeball. Graefes Arch Clin Exp Ophthalmol 2011; 249: 475-482
• 22 Dietrich O, Raya JG, Reeder SB et al. Measurement of signal-to-noise ratios in MR images: influence of multichannel coils, parallel imaging, and reconstruction filters. J Magn Reson Imaging 2007; 26: 375-385
• 23 Vogel H. Maße in der Sonographie und in der Computertomographie. ecomed 1986;
• 24 Merkle EM, Dale BM, Paulson EK. Abdominal MR imaging at 3T. Magn Reson Imaging Clin N Am 2006; 14: 17-26
• 25 Tanitame K, Sone T, Kiuchi Y et al. Clinical applications of high-resolution ocular magnetic resonance imaging. Jpn J Radiol 2012; 30: 695-705
• 26 Obata T, Uemura K, Nonaka H et al. Optimizing T2-weighted magnetic resonance sequences for surface coil microimaging of the eye with regard to lid, eyeball and head moving artifacts. Magn Reson Imaging 2006; 24: 97-101
• 27 Langner S, Martin H, Terwee T et al. 7.1 T MRI to assess the anterior segment of the eye. Invest Ophthalmol Vis Sci 2010; 51: 6575-6581
• 28 Richdale K, Wassenaar P, Teal BluesteinK et al. 7 Tesla MR imaging of the human eye in vivo. J Magn Reson Imaging 2009; 30: 924-932
• 29 Christoforidis JB, Wassenaar PA, Christoforidis GA et al. Retrobulbar vasculature using 7-T magnetic resonance imaging with dedicated eye surface coil. Graefes Arch Clin Exp Ophthalmol 2013; 251: 271-277