Cardiac MRI Physic

 

کاردیاک ام ار یک بررسی کامل از قلب به شمار می رود و امروزه در کشور های پیشرفته بصورت روتین استفاده میشود.در بررسی که EURO CMR انجام داده است نتایجی که از کاردیاک ام ار بدست امده است در ۶۰% بیماران تاثبر قابل ملاحظه ای در مدیریت درمان انها گذاشته است.

 

اندیکاسیون های اصلی CMR:
۱-Ischemic heart disease – areas of infarction 2-Cardiomyopathies & myocarditis
۳-Pediatrics & Congenital
۴-tumors
۵-Morphological ,functional & Valvular evaluation
۶-Evaluation of stem cells

 

به لحاظ safty علاوه بر همه مواردی که در دیگر ازمون ها رعایت میکنیم تاکید و دقت بیشتر بر نداشتن Pace maker وICD است .به دلیل اینکه در بیماران قلبی معمول تر است. والبته استنت های عروق کرونری ….در تکست ها ۶-۸ هفته فاصله بین گذاشتن استنت و ازمون CMR ذکر شده است ولی بسیاری از کاردیولوژیست ها انجام CMR در فردای روز استنت گذاری را مجاز میدانند.

 

امادگی بیماران : از لحاظ medication بیمار هیچکدام از داروهای خود را قطع نمی کند برای ما حدودا ۴ ساعت ناشتایی کافیست.و اگر اقاست برای connection بهتر لید ها حتما سینه باید shave شود.

 

برای داشتن یک ازمون خوب و قابل اعتنا intraction و ارتباط خوب با بیمار خیلی مهم است .بیمارانی که برای CMR مراجعه میکنند علاوه بر مشکلات قلبی معمولا از مشکلات تنفسی هم رنج میبرند و از انجایی که این ازمون بسیار طول کشنده است نیاز به همکاری مناسب بیمار داریم. حتما نوع پروسه را برای بیمار توضیح دهید به اماده سازی بیمار توسط اماده ساز اکتفا نکنید .حتما نحوه صحیح احتباس نفس را به بیمار بیاموزید در منابع احتباس نفس در انتهای بازدم تو صیه شده است ولی در بعضی از بیماران این روش نگهداری ECG بیمار را مخدوش میکند پس شاید لازم باشد نحوه احتباس انتهای دم باشد و…….تا در نهایت با توجه به RATE بیمار به یک جمع بندی برای احتباس نفس بر سید.اطمینان حاصل کنید بیمار صدای شما را از طریق بلند گو خوب میشنود.

 

در تصویر برداری از عضوی که حرکت دارد باید سه موضوع را در نظر داشته باشیم：
Fast aqusition sequences
Syncronization with the motion
Stopping the motion

 

در بیماران قلبی مهم ترین مسئله ای که با ان روبرو هستیم cardiac motion , resoiratory movment است.برای غلبه بر cardiac motion از ECG gating استفاده میکنیم یعنی synconization و برای جلو گیری از respiratory movment بصورت روتین از تصاویر را با احتباس نفس میگیریم یعنی stopping.

 

واقعیت این است که حرف اول و اخر در CMR را ECG gating می زند اگر ما یک ECG صحیح با R WAVE های prominat و شارپ داشته باشیم میتوانیم تصاویر قابل قبولی داشته باشیم.

 

نحوه اتصال لید ها یه صورت استاندارد در شکل های زیر امده است :

 

اگر سه لید داشته باشیم.

 

اگر چهار لید داشته باشیم.

 

 

از connection کامل و صحیح لید ها اطمینان حاصل کنید…اتصال ناقص لید ها به هر علتی ECG را خراب خواهد کرد. Breast ها و شکم ها ی بزرگ به ما Rwave های کوتاه خواهد داد بنابراین باید از اتصال لید ها در این نواحی باید جلو گیری کرد. اگر T wave ما از R wave بلند تر باشد لید ها به لحاظ Polarity اشتباه هستند باید جابجا شوند. برای جلوگیری از اثر magnetohydrodynamic effect ائورت باید از اتصال لیدها در مسیر ائورت جلوگیری کرد در واقع حضور یون های مختلف از جمله – Na + , Cl و ……در خون و حرکت انها در حضور میدان مغناطیسی خارجی موجب القای جریان مزاحم در لید ها می شود. در بیمارانی که درجاتی از پلورال افیوژن و پریکاردیال افیوژن دارند detection QRS با اختلال روبرو میشود . در نهایت باید به شکلی لید ها را قرار داد که یک ECG مناسب و با R های نت داشت. “R wave ” لند مارک ما برای شروع پالس سکانس است.

 

 

تمام سکانسهای قلبی با هماهنگی با ECG gating انجام میشود .در واقع برای غلبه بر Cardiac motion ,و البته تصویر برداری در فاز های خاص قلبی نیاز به syncronize کردن سکانس با ECG قلب داریم.

 

 

اگر بیمار هر نوع از انواع اریتمی را داشته باشد با انواعی از پالس سکانس ها که هم در سیستم وجود دارند هم خودمان طراحی می کنیم سعی در غلبه بر ان میکنیم و در انتها اگر تصاویر مطلوبی نداشتیم از پالس محیطی بیمار استفاده میکنیم در واقع از یک peripheral puls monitor برای تشخیص ضربان محیطی بیمار استفاده میکنیم که تصویر ان یه شکل زیر است.

 

 

 

Gating versus triggering

در مورد اصطلاحات gating و triggering تعاریف مختلفی با اندکی تفاوت درمنابع و Manuel های شرکت ها ذکر شده است:

بصورت جنرال هر نوع تصویربرداری به همراه ECG قلبی Gating نام دارد در واقع هماهنگی گرفتن داده ها در فازهای مختلف قلبی, Gating نامیده میشود.gating میتواند prospective , ویا retrospective باشد.
معمولا درتصویربرداری به روش prospective از اصطلاح.triggering استفاده میشود ولی برای retrospective از gating استفاده میکنیم.gating مفهوم وسیعتری از triggering دارد.

به واقعTriggering نوعی از prospective gating است که سکانس پالسی با detect موج R (بعنوان لند مارک یا (reference point شروع میشود.

اماRetrospective gating نوعی از تصویر برداری است که از تمام سیکل قلبی تصویر برداری میشود.از این روش بصورت روتین برای cine cardiac imaging استفاده میشود.

 

 

 

 

 

 

 

با این تعریف ابتدایی وارد مبحث فیزیک میشویم：

 

 

برای مطالعه کامل قلب نیاز به بررسی عملکرد ان داریم ,همانطور که برای بررسی عملکرد مغز تصاویر عملکردی ان یا FMRI میگیریم برای بررسی قلب به تصاویر functional ان را نیاز داریم .
از انجاییکه عملکرد قلب در حرکت ان است ما ناگزیر از ثبت تصاویر ان بصورت movies هستیم .
و در واقع برای این کار به منطق مبتنی بر فیلم ها نیاز داریم یعنی فریم frame …..

 

 

 

 

در واقع ما باید قلب را بصورت متحرک نمایش دهیم پس باید در تمام فاز های یک سیکل قلبی تصویر داشته باشیم .
به تصاویری که قلب را بصورت متحرک نشان میدهند Cine cardiac imaging گویند.
یا Bright blood cine gradiant echo

 

 

پس تصاویر cine ما ترکیبی است از retrospective gating و fast gradiant echo که به ما امکان تصویر برداری از تمام سیکل قلبی را بدهد.
در کاردیاک ام ار ای ما در دو module عموما از تصاویر cine استفاده میکنیم

۱_در بررسی functional قلب
۲_بررسی بیماریهای دریچه ای یا در اصطلاح flow study

در سیستم های ۱٫۵ تسلا balanced SSFP یا همان truefisp در زیمنس مهم ترین سکانس functional است به لحاظ کنتراست خوب بین میوکارد و خون

ولی برای flow study بیشتر از spoiled gradiant echo استفاده میکنیم یا turbofalsh در زیمنس بعلت حساس بودن این سکانس به flow

 

در مورد فریم ها صحبت کردیم در واقع برای اینکه یک اسلایس رو در تمام سیکل قلبی داشته باشیم باید فریم هایی در زمانهای مختلف یا time point های مختلف داشته باشیم به هر فریم یک K space اختصاص میدهیم
هر K space در واقع یک snapshot از قلب است .

هنگامی که تصاویر Kspace ها بصورت loop نمایش داده شوند ما یک movie از قلب خواهیم دید.

 

 

اولین چیزی که در تصاویر cine مهم است تعداد فریم ها و در واقع kspace هاست. هر چقدر تعداد فریم های ما بیشتر باشد تصویر ما نرمتر و smooth تر است ولی هر چقدر فریم های ما کم تر باشند تصاویر ما با پرش بیشتر خواهند بود واز انعطاف کمتری برخودار خواهند بود.

ایا میتوانیم بگوییم تعداد فریم ها یا در واقع kspace ها temporal resolution ما را مشخص میکنند؟ یا تفکیک زمانی ما را ؟

 

 

diffrent temporal resolution

 

 

تعداد kspace های ما یا به عبارت دیگر فاصله زمانی آنها Temporal resolution ، تعداد سطرهای kspace ما یا step of phase encoding در واقع spatial resolution ما و تعداد heartbeat هایی که برای پر کردن Kspace نیاز داریم زمان تصویر برداری ماست. همیشه باید بالانسی بین این سه فاکتور داشته باشیم.

 

 

 

بهترین تمپورال رزولوشن بهتر است ۵۰-۶۰ ms باش و بهترین spatial resolution 2-2.5 mm یا کمتر و بهترین زمان اسکن باید حدودا ۱۵-۲۰ ثانیه باشد.

 

تصاویری که با ECG gated و بصورت cine گرفته میشوند تعاریف و مختصات خاص خود را دارند در اینجا به توضیح یکسری تعاریف میپردازیم.

 

 

تصاویر ECG gated باید در سیستمی حداقل ۱٫۵_۳ تسلا باشد.heart beat اساس اندازه گیری های ما را تشکیل میدهد.اگر سرعت ضربان قلب بیماری ۶۰ beat /min باشد در واقع فاصله بین هر موج R ١ ثانیه یا ۱۰۰۰ ms خواهد بود R_____R interval مساوی ۱۰۰۰ ms .
بر اساس استاندارد کانونشنال و پروتکل های قبلی در هر heart beat یک اکو جمع اوری می شد و ما اگر یک ماتریس ۲۵۶×۱۲۸ داشته باشیم حدودا ٢ دقیقه طول می کشید که یه k space پر شود.که کاملا از توان یک فرد برای احتباس نفس خارج بود و ما با ارتیفکت حرکتی روبرو میشدیم که البته برای غلبه بر ان میتوانیم از average =3_4 استفاده کنیم که باز زمان بالا خواهد رفت.

 

 

در واقع مدت زمانی از سیکل قلبی که هر فریم به نمایش در می اید temporal resolution است .بعنوان مثال اگر فریم اول ۵۰ ms فاصله بعد از R wave باشد در نتیجه temp Res =50 ms .اگر زمان هر heart beat =1000 ms پس ۲۰ فریم میتوانیم داشته باشیم .هر چه فریم بیشتر امکان بررسی دقیق حرکت و فانکشن قلب خصوصا در سیستول بیشتر است .

 

 

 

 

در مورد spatial resolution باید به ساختاری که بررسی میکنیم توجه کنیم در مجموع mm sp.res=2-2.5 قابل قبول است ولی برای بررسی ساختار های ریزتری مثل عروق کرونر ،دریچه ها ،سوراخ بیضی که بسته نشده و یا گرافت های Bypass این مقدار باید کمتر باشد حدودا ۱٫۳-.۱٫۴

 

زمان اسکن در CMR بر اساس heart beat است و یا heart rate بیمار .باید توجه داشته باشیم زمان ها را به حداقل برسانیم هم به دلیل ماهیت خود این نوع ام ار ای که خیلی طول میکشد و هم ظرفیت تنفسی بیماران قلبی که محدود است حدودا ۱۰ s .

 

 

 

 

برای کاهش زمان اسکن میتوانیم شبیه انچه در تکنیک fast spin echo استفاده میکردیم عمل کنیم یعنی Kspace را به قطعات و یا segment هایی تقسیم کنیم مثلا ۵ اکو را برای یک Kspace یا فریم پر کنیم .به همین نسبت heart rate های مورد نیاز برای پر کردن فضای k به اندازه ۱/۵ کاهش می یابد که البته بسیار قابل توجه است. به این تکنیک segmanted K space cine garadiant echo گفته میشود.

 

 

در واقع پارامتر کلیدی در این نوع سکانس تعداد خط هایی از فضای K است که در یک فاز در یک فریم پر میشود این پارامتر در منابع مختلف نام های گوناگونی دارد مثل :tubo factor- No of segments -number of view per segment

 

 

این پارامتر باعث کاهش زمان اسکن شده ولی زمان بین فاز ها و در واقع زمان جمع آوری داده برای هر فریم را افزایش میدهد و در نهایت باعث کاهش تعداد فاز ها شده (و یا تعداد فریم ها ) شده و تمپورال رزلوشن را کاهش میدهد.

 

 

 

 

اصطلا ح TR در semented k space میتواند کمی گیج کننده باشد برای حل ان بهتر است اصطلاحات زیر را توضیح دهیم:
۱_در حالت کلی TR فاصله زمانی بین دو RF است ولی در cine imaging فاصله زمانی بین دو فریم است که در واقع تمپورال رزولوشن میشود که اینجا با مثال ما ۵۰ ms است .
۲_بصورت ویژه true TR :فاصله بین دو rf متوالی در یک فریم یا در هرلاین فضای K .که اینجا با توجه به اینکه turbo factor =5 است پس ۱۰ ms است.
۳_ه view per segment :یا خطهای یک فریم یا VPS
هر چه تعداد VPS ها افزایش پیدا کند زمان کاهش و تمپورال رزولوشن کاهش پیدا می کند.

 

 

 

کاهش تمپورال رزولوشن به نفع ما نیست باعث کاهش دقت پارامتر های قلبی خصوصا در سیستول میشود این مشکل در بیمارانی که ضربان بالا و systolic disfunction دارند بیشتر به چشم میخورد برای حل این مشکل از روشی در تصویر برداری cine استفاده کرده اند به نام veiw sharing از انواع متد های multiple filling K space است .

 

در این روش یکسری ازk spcace ها را بصورت روتین پر میکنیم ولی در این بین فضاهای کا دیگر را از داده های Kspace های مجاور پر میکنیم این روش باعث میشود که ضمن اینکه تمپورال رزولوشن بصورت چشمگیری افزایش پیدا میکند زمان افزایش پیدا نمیکند و بررسی های quantative بصورت قابل قبولی صورت میگیرد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

مباحث بالا اصول فیزیکی اولیه برای cine imaging بود استفاده از retrospective gating .ولی برای دیگر سکانس های مبتنی بر ECG triggering ما در واقع فقط از زمان diastol برای جمع اوری داده استفاده میکنیم زمانی که کمترین حرکت را داریم.

 

 

 

 

در این شکل trigger delay در واقع زمانی است که صبر میکنیم تا قلب به ارامش نسبی برسد acquisition window زمان است که داده ها را جمع آوری میکنیم و Trigger window که سیستم برای اماده سازی پالس سکانس صرف میکند و منتظر R wave میماند.

 

 

 

قسمت دوم-تکنیک ها و کاربردهای بالینی

 

منبع: گروه تلگرام Optimizing MRI Sequences

تهیه کننده : سرکار خانم صحرائیان