3D Motion Adapted Gating: Eine neue Navigatortechnik zur Verkürzung der Messzeit bei der MR-Koronarangiographie

Zusammenfassung

Ziel: Ein großes Problem der navigatorgestützten 3D MR-Koronarangiographie (MRCA) ist die niedrige Navigatoreffizienz bei Patienten mit unregelmäßigem Atmungsmuster. 3D MAG ist eine neue prospektive adaptive Navigatortechnik, die sich in Echtzeit Änderungen der endexspiratorischen Zwerchfellposition anpasst. Das Ziel dieser Studie war, den Einfluss von 3D MAG auf die MRCA zu untersuchen. Material und Methoden: 48 Patienten mit V.a. KHK wurden an einem 1,5-T-Gerät mit einer EKG-getriggerten Gradienten-Echo-Sequenz mit Echtzeit-Gating der Zwerchfellbewegung mit 3D MAG und Standardnavigator untersucht. Die MRCAs wurden nach folgenden Kriterien evaluiert und verglichen: 1. Navigatoreffizienz und Messzeit, 2. Länge der visualisierten Koronarsegmente, 3. Beurteilung der Bildqualität (4-Punkte-Skala: 1: nicht diagnostisch, 5: sehr gut), 4. Detektion von Gefäßstenosen > 50 %. Ergebnisse: Der Einsatz von 3D MAG bewirkte eine signifikante Verbesserung der Navigatoreffizienz um 21 % und Reduktion der Messzeit um 18 % im Vergleich zur Standardnavigatortechnik (p < 0,05). Es gab keine signifikanten Unterschiede in der Länge der visualisierten Koronarsegmente, der Bildqualität (3,59 ± 0,65 vs. 3,54 ± 0,76) und der Stenosendetektion (Sensitivität: 83 % vs. 83 % und Spezifität: 89 % vs. 88 %) zwischen den MRCA mit und ohne Verwendung von 3D MAG (p > 0,05). Schlussfolgerung: 3D MAG verkürzt bei der MRCA im Vergleich zur Standardnavigatortechnik signifikant die Messzeit (p < 0,05) bei erhaltener Bildqualität und diagnostischer Aussagekraft bezüglich des Nachweises von Koronararterienstenosen.

Abstract

Purpose: A major problem of free breathing coronary MR angiography (MRA) with respiratory navigator gating is low navigator efficiency and prolonged scan time due to irregular breathing patterns. 3D motion adapted gating (MAG) is a new adaptive navigator technique, which adapts in real time to changes of the end-expiratory position of diaphragm. This study evaluates the influence of 3D MAG on coronary MRA. Methods and Materials: In 3D MAG, two additional gating windows are grouped around the conventional window. Additionally, each gating window is divided into three bands assigned to different portions of the k-space. The scan is terminated when three consecutive bands are filled and one complete image data set is collected. Free breathing navigator-gated coronary MRA was performed on 48 patients with suspected coronary artery disease. In random order, each patient underwent an ECG-gated, a 3D segmented k-space gradient echo sequence using 3D MAG and a conventional navigator technique. The coronary MRA was evaluated and compared using the following parameters: 1. navigator efficiency and scan time; 2. visualized coronary artery length; 3. qualitative assessment of image quality; and 4. detection of stenoses > 50 % in comparison with catheter angiography. Results: Coronary MRA with 3D MAG had a significant increase in the average navigator efficiency (46 % ± 12 % vs. 38 % ± 12 %, p < 0.05), resulting in a significantly shorter scan time (mean: 18 % ± 4 %, p < 0.05) for coronary MRA with 3D MAG compared to conventional navigator technique. Scans with and without 3D MAG had no significant differences in the continuously visualized vessel lengths, in the assessed image quality and in the sensitivity and specificity (83 % and 89 % vs. 83 % and 88 %, p > 0.05) of detecting coronary artery stenoses > 50 %. Conclusion: The 3D MAG technique improves the navigator efficiency and significantly (p < 0.05) shortens the scan time of navigator gated coronary MRA while maintaining image quality and diagnostic accuracy in the detection of coronary artery stenoses.

Magnetic resonance (MR) - coronary MR angiography - coronary vessels - coronary artery disease - navigator technique

Literatur

• 1 Paulin S, Schulthess G K von, Fossel E. et al . MR imaging of the aortic root and proximal coronary arteries.  Am J Roentgenol. 1987;  148 665-670
• 2 Sandstede J, Pabst T, Kenn W. et al . Dreidimensionale MR-Koronarangiographie in Navigator-Technik zur Primärdiagnostik der koronaren Herzerkrankung: Vergleich zur konventionellen Koronarangiographie.  Fortschr Röntgenstr. 1999;  170 269-274
• 3 Cho Z H, Mun C W, Friedenberg R M. NMR angiography of coronary vessels with 2-D planar image scanning.  Magn Reson Med. 1991;  20 134-143
• 4 Manning W J, Li W, Edelman R R. A preliminary report comparing magnetic resonance coronary angiography with conventional angiography.  N Engl J Med. 1993;  328 828-832
• 5 Pennell D J, Keegan J. et al . Magnetic resonance imaging of coronary arteries: technique and preliminary results.  Br Heart J. 1993;  70 315-26
• 6 Duerinckx A J, Urman M K. Two-dimensional coronary MR angiography: analysis of initial clinical results.  Radiology. 1994;  193 731-732
• 7 Edelman R R, Manning W J, Burstein D. et al . Coronary arteries: breath-hold MR angiography.  Radiology. 1991;  181 641-643
• 8 Sandstede J J, Pabst T, Beer M. et al . Three-dimensional MR coronary angiography using the navigator technique compared with conventional coronary angiography.  Am J Roentgenol. 1999;  172 135-139
• 9 Stuber M, Botnar R, Danias P G. et al . Submillimeter three-dimensional coronary MR angiography with real-time navigator correction: Comparison of navigator locations.  Radiology. 1999;  212 579-587
• 10 Stuber M, Botnar R M, Danias P G. et al . Double-oblique free-breathing high resolution three-dimensional coronary magnetic resonance angiography.  J Am Coll Cardiol. 1999;  34 (2) 524-531
• 11 Spuentrup E, Katoh M, Stuber M. et al . MR-Koronarangiographie während freier Atmung mit 3D Steady-State Free Precession und radialer k-Raum Abtastung.  Fortschr Röntgenstr. 2003;  175 1330-1334
• 12 Sommer T, Hofer U, Hackenbroch M. et al . Hochauflösende 3D-MR-Koronarangiographie in Echt-Zeit-Navigatortechnik: Ergebnisse aus 107 Patientenuntersuchungen.  Fortschr Röntgenstr. 2002;  174 (4) 459-466
• 13 Kim W Y, Danias P G, Stuber M. et al . Coronary magnetic resonance angiography for the detection of coronary stenoses.  N Engl J Med. 2001;  345 (26) 1863-1189
• 14 Maintz D, Aepfelbacher F C, Kissinger K V. et al . Coronary MR Angiography: Comparison of Quantitative and Qualitative Data from Four Techniques.  AJR Am J Roentgenol. 2004;  182 (2) 515-521
• 15 Barkhausen J, Hunold P, Jochims M. et al . Vergleich von Gradienten-Echo und steady state free precession Sequenzen zur 3D-Navigator-MR-Koronarangiographie.  Fortschr Röntgenstr. 2002;  174 (6) 725-730
• 16 Fischer S E, Wickline S A, Lorenz C H. Novel real-time R-wave detection algorithm based on the vektorcardiogram for accurate gated magnetic resonance acquisitions.  Magn Reson Med. 1993;  30 191-200
• 17 Botnar R M, Stuber M, Danias P G. et al . Improved coronary artery definition with T2-weighted, free-breathing, three-dimensional coronary MRA.  Circulation. 1999;  99 (24) 3139-3348
• 18 Brittain J H, Hu B S, Wright G A. et al . Coronary angiography with magnetization-prepared T2 contrast.  Magn Reson Med. 1995;  33 689-696
• 19 Harrison R, Bronskill M J, Henkelmann R M. Magnetization transfer and T2-Relaxation components in tissue.  Magn Reson Med. 1995;  33 490-496
• 20 Hofman M B, Wickline S A, Lorenz C H. Quantification of in-plane motion of the coronary arteries during the cardiac cycle: implications for acquisition window duration for MR flow quantification.  J Magn Reson Imaging. 1998;  8 (3) 568-576
• 21 Liu Y L. et al . A monitoring feedback and triggering system for reprodusible breath-hold MR-imaging.  Magn Reson Med. 1993;  30 (4) 507-511
• 22 Taylor A m, Jhooti P. et al . MR navigator-echo monitoring of temporal changes in diaphragmatic position: implications for MR coronary angiography.  J Magn Reson Imaging. 1997;  7 629-636
• 23 Taylor A m, Jhooti P. et al . Automated monitoring of diaphragmatic end-expiratory position for real-time navigator echo MR coronary angiography.  J Magn Reson Imaging. 1999;  9 395-401
• 24 Wang Y, Riederer S J, Ehman R L. Respiratory motion of the heart: kinematics and the implications for the spatial resolution in coronary imaging.  Magn Reson Med. 1995;  33 (5) 713-779
• 25 Jhooti P, Gatehouse P D. et al . Phase Ordering With Automatic Window Selection (PAWS): A novel Motion-Resistant Technique for 3D Coronary Imaging.  Magn Reson Med. 2000;  43 470-480
• 26 Taylor A M. et al . Differences between normal subjects and patients with coronary artery disease for three different MR coronary angiography respiratory suppression techniques.  J Magn Reson Imaging. 1999;  9 786-793
• 27 Li D, Kaushikkar S, Haacke E M. et al . Coronary arteries: three-dimensional MR imaging with retrospective respiratory gating.  Radiology. 1996;  201 857-863
• 28 Weiger M. et al . Motion adapted Gating based on k-space weighting for reduction of respiratory motion artifacts.  Mag Reson Med. 1997;  38 328-333
• 29 Sinkus R, Bornert P. Motion Pattern adapted real-time respiratory gating.  Magn Reson Med. 1999;  41 148-155
• 30 Weber C, Steiner P, Sinkus R. et al . Correlation of 3D MR coronary angiography with selective coronary angiography: feasibility of the motion-adapted gating technique.  Eur Radiol. 2002;  12 718-726
• 31 Plein S, Jones T R, Ridgway J P. et al . Three dimensional coronary MR angiography performed with subject-specific cardiac acquisition windows and motion adapted respiratory gating.  AJR. 2003;  180 (2) 505-512