Systematische Analyse der Geometrie eines definierten Kontrastmittelbolus - Implikationen für die kontrastmittelverstärkte 3D-MR-Angiographie thorakaler Gefäße

Zusammenfassung

Ziel: Analyse der Geometrie eines definierten Kontrastmittelbolus bei der Herz-Lungen-Passage und seiner ihn wesentlich beeinflussenden Faktoren. Material und Methoden: Zur Bolusgeometrieanalyse wurde eine EKG-getriggerte Saturation-Recovery-Turbo-Flash-Sequenz mit einer TI von 20 ms verwendet. Sie wurde axial auf Höhe der Pulmonalarterienverzweigung geplant, so dass mit einer Untersuchung eine Analyse der Boluskurve im Truncus pulmonalis, der Aorta ascendens und descendens möglich war. 29 Patienten erhielten 3 ml Gd-DTPA, die mit Kochsalzlösung auf insgesamt 20 ml verdünnt wurden. Die Kontrastmittel(KM)-Gabe erfolgte maschinell mit Injektionsraten von 1, 2 und 4 ml/s. Nach der KM-Gabe erfolgte eine Nachspülung mit 20 ml NaCl mit gleicher Injektionsrate und -art. Die Herzfunktion wurde mittels 2D-Cine-Untersuchungen und Phasenkontrastmessungen bestimmt. Die Boluskurven wurden nach ihrer Normierung einem Gamma-Variaten-Fit unterzogen und die maximale Signalintensität (SI_max), die Steigung, die Time-to-peak (TP) und die Mean-Transit-Time (MTT) berechnet. Neben der Bolusdispersion wurden zusätzlich die minimalen T₁-Zeiten des kontrastierten Blutes und die Gd-Konzentration (Gd) bestimmt und auf klinische Bedingungen hochgerechnet. Ergebnisse: Mit zunehmender Injektionsrate kam es zur signifikanten Abnahme der MTT in allen untersuchten Gefäßabschnitten (p < 0,001). Allerdings war diese Abnahme nicht linear: Ein vierfacher Anstieg der Injektionsgeschwindigkeit führte z. B. in der Aorta ascendens zu einer Halbierung der MTT. Die MTT war im Truncus pulmonalis signifikant kürzer als in der Aorta ascendens und descendens, unabhängig von der Injektionsrate (p < 0,001). Umgekehrt war die Bolusdispersion im Truncus pulmonalis signifikant geringer und nahm mit steigender Injektionsgeschwindigkeit zu. Die minimale T₁-Zeit zeigte zwischen den Zielgefäßen keine klinisch relevanten Unterschiede; die auf klinische Bedingungen hochgerechneten Werte lagen zwischen 20 und 79 ms. Die Herzfunktion hatte nur einen untergeordneten Einfluss auf die Boluskurvenparameter. Schlussfolgerung: Die Geometrie eines definierten Kontrastmittelbolus in einem thorakalen Gefäß wird hauptsächlich durch die Injektionsparameter bestimmt, die Herzfunktion spielt eine nur untergeordnete Rolle. Die Dispersion des Bolus und die MTT nehmen vom Truncus pulmonalis bis zur Aorta ascendens zu. Die Kenntnis der Faktoren ist hilfreich zur Optimierung von Injektionsprotokollen für die ce-MRA thorakaler Gefäße.

Abstract

Purpose: Little is known about the dispersion of a defined contrast bolus during its passage through the heart and pulmonary vasculature. The purpose of this study was to analyze factors influencing a defined contrast bolus for ce-MRA of thoracic vessels. Materials and Methods: For analysis of bolus geometry, an ECG-gated saturation-recovery Turbo-Flash sequence with a TI of 20 msec was used. It was acquired axially at the level of the pulmonary trunc, so that with one data acquisition a curve analysis was possible in the ascending and descending aorta, and in the pulmonary trunc. Twenty-nine patients received 3 ml of Gd-DTPA diluted with saline to a total of 20 ml. Contrast injection was done using a MR compatible power injector with injection rates varying between 1, 2 and 4 ml/sec. Each injection was followed by a saline flush of 20 ml with the same injection rate and mode. Cardiac function was assessed by cine imaging, and phase contrast measurements. After normalization to baseline signal intensity (SI), bolus curves were fitted using a gamma-variate fit and peak signal intensity (peak SI), time-to-peak (TP), upslope, mean transit time (MTT) and dispersion of the contrast bolus were calculated. Furthermore, T₁ and [Gd] in the experimental setting were calculated as follows: T₁ = T_{1 o}/ ln [SI/SI₀], and [Gd]_exp = [1/T₁ - 1/T_{1 o}]/ R_1. They were then extrapolated [Gd] to clinical conditions by [Gd]_clin = [Gd]_exp · 10/1.5, and minimal blood T₁ by T_{1 clin} = 1 / [1/T_{1 o} + R₁ [Gd]_clin]. Results: With increasing injection rate, there was a significant decrease (p < 0.001) of MTT in all target vessels. However, this decrease was not linear: a 4-fold increase in injection rate lead to a 2-fold decrease in MTT e. g. in the ascending aorta. MTT was significantly shorter in the pulmonary trunc compared with that in the ascending and descending aorta (p < 0.001), regardless of injection rate (p < 0.001). Vice versa, dispersion of the contrast bolus was significantly lower in the pulmonary trunc, and increased with higher injection rates. There was no clinically relevant difference in minimal blood T₁ between the different target vessels, for clinical conditions extrapolated values ranged between 20 und 79 msec. Heart function parameters only had a minor influence of bolus curve parameters. Conclusion: Analysis of bolus geometry enables determination of transit times of a defined contrast bolus through a defined target vessel in the thoracic cavity. Bolus geometry is mainly determined by injection parameters, cardiac function is of minor importance. Dispersion of contrast bolus and MTT increase from the pulmonary trunc to the ascending aorta. The knowledge of these facts may help optimizing of injection parameters and the total amount of contrast agent for contrast-enhanced MRA of thoracic vessels.

Key words

Magnetic resonance angiography - contrast-enhanced - thoracic vessels - geometry of contrast bolus

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