3-Tesla-Magnetresonanztomographie zur Untersuchung von

Der Radiologe
Zeitschrift für diagnostische und interventionelle Radiologie,
Radioonkologie, Nuklearmedizin
Organ des Berufsverbandes der Deutschen Radiologen e.V. (BDR)
Elektronischer Sonderdruck für
C. Rickers
Ein Service von Springer Medizin
Radiologe 2010 · 50:799–808 · DOI 10.1007/s00117-010-2025-6
© Springer-Verlag 2010
zur nichtkommerziellen Nutzung auf der
privaten Homepage und Institutssite des Autors
I. Voges · M. Jerosch-Herold · M. Helle · C. Hart · H.-H. Kramer · C. Rickers
3-Tesla-Magnetresonanztomographie zur
Untersuchung von Kindern und Erwachsenen mit
angeborenen Herzfehlern
www.DerRadiologe.de
Übersichten
Radiologe 2010 · 50:799–808
DOI 10.1007/s00117-010-2025-6
Online publiziert: 10. Juli 2010
© Springer-Verlag 2010
I. Voges1 · M. Jerosch-Herold2 · M. Helle3 · C. Hart1 · H.-H. Kramer1 · C. Rickers1
1 Klinik für angeborene Herzfehler und Kinderkardiologie,
Universitätsklinikum Schleswig-Holstein, Campus Kiel, Kiel
2 Department of Radiology, Brigham & Women’s Hospital, Harvard Medical School, Boston
3 Institut für Neuroradiologie, Universitätsklinikum Schleswig-Holstein, Campus Kiel, Kiel
3-Tesla-Magnetresonanztomographie zur Untersuchung
von Kindern und Erwachsenen
mit angeborenen Herzfehlern
Die kardiovaskuläre Magnetresonanztomographie (MRT) hat sich neben anderen bildgebenden Methoden in der klinischen Anwendung zur Diagnose und
Therapieplanung von Kindern und Erwachsenen mit angeborenem und erworbenem Herzfehler etabliert [19, 27]. Mit
der fortschreitenden Entwicklung der
MRT können heute über die rein anatomische Darstellung hinaus detaillierte Informationen über Funktion, Perfusion und Vitalität gewonnen werden. Meistens erfolgen die kardiovaskulären MRTUntersuchungen mit einem 1,5-Tesla(T-)Scanner. Seit neuestem sind 3-T-Geräte für den klinischen Einsatz in der Kardiologie verfügbar, die mit entsprechender
Software ausgerüstet auch zur Untersuchung von Kindern und Erwachsenen mit
angeborenen Herzfehlern eingesetzt werden können. Sie bieten mehrere Vorteile
im Vergleich zu Geräten mit 1,5 T Feldstärke, wobei insbesondere das deutlich
höhere Signal-zu-Rausch-Verhältnis („signal to noise ratio“, SNR) auf Grund der
stärkeren Polarisierung der Protonenspins
zu nennen ist. Durch die höhere Feldstärke kann aufgrund des höheren SNR und
durch Einsatz von Parallelbildgebungstechniken eine Verkürzung der Akquisitionszeit bei gleicher räumlicher Auflösung
wie bei 1,5 T erzielt werden. Die Verkürzung der Akquisitionszeit erhöht den Pa-
tientenkomfort deutlich [4, 38] und reduziert durch Atembewegungen verursachte
Artefakte. Die Erhöhung der räumlichen
Auflösung zur Darstellung anatomischer
Einzelheiten ist besonders bei der Untersuchung von Säuglings- und Kinderherzen ein entscheidender Vorteil und verbessert letztlich auch die diagnostische
Sicherheit.
Technische Besonderheiten
Neben diesen Vorteilen gehen mit der
größeren Feldstärke spezifische, z. T. unerwünschte Effekte einher, die beim Einsatz von 3-T-Scannern beachtet werden
müssen und ggf. ein Anpassen der Bildgebungstechniken erfordern. So ändern
sich die Relaxationszeiten mit der Stärke
des Magnetfeldes [3]. Um ein Kontrastverhalten der Bilder wie bei 1,5 T zu erreichen, ist deshalb eine Sequenz- bzw. Protokolloptimierung nötig. T2* nimmt mit
der Magnetfeldstärke ab, was den Einfluss
von Suszeptibilitätsartefakten bei konstanter Echozeit (TE) erhöht. Suszeptibilitätseffekte nehmen mit steigender Feldstärke zu und bewirken Verzerrungen
des Magnetfeldes sowie eine Änderung
und Inhomogenität des lokalen Magnetfeldes beim Aufeinandertreffen verschiedener Gewebearten. Die chemische Verschiebung der Resonanzfrequenz nimmt
ebenfalls mit steigender Stärke des Magnetfeldes zu. Dieser Effekt liefert eine erhöhte spektrale Auflösung im Bereich der
metabolischen MR-Spektroskopie [33],
andererseits werden Artefakte, die durch
chemische Verschiebung entstehen, begünstigt.
In der MRT werden elektromagnetische Hochfrequenzfelder zur Anregung des Spinsystems eingestrahlt. Dabei
kommt es zu einer Übertragung von Energie und Erwärmung des untersuchten
Gewebes. Die spezifische Absorptionsrate
(SAR) ist ein Maß für die pro Zeiteinheit
aufgenommene Energie (Watt/kg), die
zu einer Erwärmung des Gewebes führt.
Sie ist proportional zum Quadrat des statischen Magnetfeldes, sodass die Energieabsorption bei 3 gegenüber 1,5 T deutlich
höher ist [6]. Für die 3-T-Bildgebung bedeutet dies ein schnelleres Erreichen der
vorgeschriebenen SAR-Grenzwerte. Im
Hinblick auf die Patientensicherheit existieren SAR-Grenzwerte [16] um die Erhöhung der Körpertemperatur in einem
akzeptablen Bereich zu halten. Um innerhalb der für SAR zulässigen Werte zu
bleiben, müssen Optimierungen in den
Protokollparametern vorgenommen werden. So ist Z. B. eine Senkung des Flipwinkels eine Methode, um die SAR zu verringern. Andere Ansatzpunkte sind u. a. die
Wahl spezieller Pulse und Pulsschemata
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Übersichten
Funktionsanalyse
Abb. 1 9 Fünf Jahre
alter Junge (Gewicht
21 kg, Größe 123 cm)
mit hochgradiger Aortenisthmusstenose.
Sagittale Gradientenechoaufnahme bei 3 T
Die MRT ist heute der Referenzstandard
zur Beurteilung der links- und rechtsventrikulären Volumina und Muskelmasse. Darüber hinaus ermöglicht sie die
Bestimmung der Ejektionsfraktion sowie der regionalen Wandbewegung und
-dickenzunahme während des Herzzyklus [30]. Die Funktionsanalysen erfolgen
meistens auf Kurzachsenaufnahmen in
bSSFP-/bFFE-Technik („balanced steady state free precesion“, „balanced fast
field echo“). Für die Auswertung der Bilder stehen entsprechende Bildnachverarbeitungsprogramme zur Verfügung. Nach
Definition der endsystolischen und -diastolischen Phase werden in beiden Phasen
die Endo- und Epikardkonturen markiert
(. Abb. 4a, b). Endsystolisches und -diastolisches Volumen, Muskelmasse, Ejektionsfraktion und Wanddickenzunahme
werden in aller Regel vom Auswerteprogramm berechnet.
MRT-Sequenzen
Abb. 2 8 D-Transposition der großen Arterien nach arterieller Switchoperation. a Axiale Gradientenechoaufnahme eines 20 Jahre alten Mannes bei 3 T. Bei der arteriellen Switchoperation werden die
Aorta ascendens nach posterior und die A. pulmonalis einschließlich ihrer Bifurkation nach anterior
verlagert (Lecompte-Manöver). b Sagittale Gradientenechoaufnahme eines 18 Jahre alten Mannes bei
3 T. Gut zu erkennen ist der nach dieser Operation typischerweise steil verlaufende Aortenbogen
(Z. B. Variable-Rate-Selective-Excitation[VERSE-]Technik und Hyperechos), der
Gebrauch kleiner Spulen zur Anregung
eines kleineren Volumens sowie der Einsatz von Parallelbildgebungstechniken [7,
15, 34, 39, 43, 44].
Im vorliegenden Artikel sollen die Einsatzmöglichkeiten der 3-T-MRT bei der
Untersuchung von Patienten mit angeborenen Herzfehlern dargestellt und diskutiert werden.
Klinische Anwendungen
Morphologie
Aufgrund der schnellen Bewegung des
Kinderherzens sowie der z. T. sehr komplexen Anatomie angeborener Herzfehler
stellt die kardiovaskuläre MR-Bildgebung
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eine besondere Herausforderung dar
(. Abb. 1, 2a, b, . Abb. 3a, b). Durch
die Steigerung des SNR und des Kontrast-zu-Rausch-Verhältnisses („contrast
to noise ratio“, CNR) bei 3 im Vergleich
zu 1,5 T können die räumliche Auflösung
erhöht und die diagnostische Bildqualität
verbessert werden. Dieses kann die Darstellung auch sehr kleiner anatomischer
Strukturen, wie sie bei Säuglingen und
Kindern vorliegen, ermöglichen. In einer
jüngeren Studie zur kardialen 3-T-MRT
bei gesunden Erwachsenen und Erwachsenen mit Verdacht auf eine Herzerkrankung konnte ein deutlicher Zugewinn an
SNR und CNR in Abhängigkeit von den
verwendeten Pulssequenzen bei 3 im Vergleich zu 1,5 T gemessen werden [14].
Steady-state-free-precession- (SSFP-)Sequenzen setzen sich zunehmend als Standard zur Beurteilung der ventrikulären
Funktion durch. Diese Sequenzen sind
jedoch stark für Magnetfeldinhomogenitäten, Suszeptibilitätsartefakte und daraus
resultierende Resonanzfrequenzverschiebungen („Off-resonance“-Artefakte) anfällig. Da die absolute Inhomogenität der
Larmor-Resonanzfrequenzen im Untersuchungsvolumen bei konstanter prozentualer Magnetfeldinhomogenität mit steigender Feldstärke zunimmt, führt die Anwendung dieser SSFP-Sequenzen bei 3 T
zu mehr Artefakten und daher zu einer
schlechteren Bildqualität als bei 1,5 T. Eine Möglichkeit zur Verbesserung der Bildqualität und Reduzierung von Artefakten
durch Einsatz einer Scoutsequenz wurde
von Deshpande et al. [8] beschrieben. Bei
dieser Scoutsequenz wurden vorab mehrere Bilder als Cinebildserie für eine Serie von Centerfrequenzen aufgenommen,
z. B. mit 50 Hz-Inkrementen von –250 bis
+250 Hz.
Nach visueller Bestimmung der optimalen Centerresonanzfrequenz für die
SSFP-Bildgebung im Untersuchungsvolumen wurde nachfolgend die optimale
Frequenzeinstellung für die SSFP-Cine-
Zusammenfassung · Abstract
Untersuchung übernommen, um „Offresonance“-Artefakte aus dem Untersuchungsvolumen zu verschieben, wodurch
eine deutlich bessere Bildqualität erreicht
wurde. Außerdem können Suszeptibilitätsartefakte durch eine Senkung der Repetitionszeit (TR) oder eine Homogenisierung des statischen Magnetfeldes mittels „Localized-linear-“ oder „Second-order-shimming“-Verfahren vermindert
werden [36, 37]. Ein weiterer neuartiger
Ansatz besteht in der Erweiterung des
Off-resonance-Durchlassbereichs der SSFP-Sequenz, wobei allerdings die Akquisitionszeit erhöht wird. Bei dieser Methode
werden dunkle Streifen in SSFP-Bildern
wiederum aus dem Zentrum des Untersuchungsvolumens an den Bildrand verschoben [32].
Trotz dieser bedeutenden Neuerungen
wird die konventionelle Gradientenechotechnik (ohne SSFP) bei 3 T weiterhin eingesetzt, da diese Technik bei 3 T weit weniger anfällig für Artefakte ist, durch eine geringere spezifische Absorptionsrate gekennzeichnet ist und im Allgemeinen kleinere Bildfeldausmaße („field of
view“, FOV) als die SSFP-Technik ermöglicht. Insbesondere bei Neugeborenen
und Kleinkindern sind die SSFP-Sequenzen oft nicht brauchbar, da die Ausmaße
von Artefakten ungefähr so groß sind wie
bei Erwachsenen. Durch die kleineren Dimensionen des Herzens bei diesen Patienten wird die Bildqualität dadurch letztlich mehr beeinträchtigt als bei Erwachsenen. Da aber bei Neugeborenen und
Kleinkindern die Schichtdicken wesentlich geringer sind als bei Erwachsenen,
führt die Gradientenechotechnik zu einer markanten Aufhellung des Signals im
Ventrikel (v. a. bei Kurzachsenschnitten),
was auf den Fluss nichtsaturierter Protonenspins in die relativ dünne Schicht
während der Anregung durch Resonanzfrequenzpulsketten zurückzuführen ist.
Im Unterschied zu Erwachsenen kann
daher die Gradientenecho-cine-Technik
bei Kleinkindern auch bei verminderter
Herzfunktion gut eingesetzt werden. Michaely et al. [29] konnten zeigen, dass sowohl SSFP- als auch Gradientenechosequenzen bei 3 T zur Beurteilung der globalen und ventrikulären Funktion geeignet sind, mit vergleichbaren Ergebnissen
wie bei einer Feldstärke von 1,5 T.
Radiologe 2010 · 50:799–808 DOI 10.1007/s00117-010-2025-6
© Springer-Verlag 2010
I. Voges · M. Jerosch-Herold · M. Helle · C. Hart · H.-H. Kramer · C. Rickers
3-Tesla-Magnetresonanztomographie zur Untersuchung
von Kindern und Erwachsenen mit angeborenen Herzfehlern
Zusammenfassung
Die kardiovaskuläre Magnetresonanztomographie (MRT) hat sich zu einer etablierten
bildgebenden Methode zur Untersuchung
von Patienten mit angeborenen Herzfehlern
entwickelt. Sie erlaubt in einer einzigen Untersuchung die exakte Beurteilung von Anatomie, globaler und regionaler Funktion,
Blutflüssen sowie der myokardialen Perfusion und Vitalität. In der klinischen Routine erfolgen die Untersuchungen zumeist bei einer Feldstärke von 1,5 Tesla (T), mittlerweile
gibt es jedoch Geräte und Bildgebungstechniken, die die kardiovaskuläre MRT auch bei
3 T ermöglichen. Der wesentliche Vorteil der
MRT bei 3 T ist das höhere Signal-zu-RauschVerhältnis, das sowohl zu einer Verbesserung
der Bildqualität als auch zu einer Verkürzung
der Untersuchungszeit genutzt werden kann.
Darüber hinaus bestehen verschiedene andere Unterschiede gegenüber Systemen mit
niedriger Feldstärke, die im praktischen Einsatz beachtet werden müssen. Dieser Artikel
beschreibt die Erfahrungen der 3-T-MRT für
die Untersuchung von Patienten mit angeborenen Herzfehlern anhand methodischer Betrachtungen und Beispiele.
Schlüsselwörter
Kardiovaskuläre MRT · 3-Tesla-MRT · Angeborene Herzfehler · Kinderkardiologie ·
Hochfeld-MRT
3 tesla magnetic resonance imaging
in children and adults with congenital heart disease
Abstract
Cardiovascular magnetic resonance imaging
(CMR) has become a routinely used imaging
modality for congenital heart disease. A CMR
examination allows the assessment of thoracic anatomy, global and regional cardiac function, blood flow in the great vessels and myocardial viability and perfusion. In the clinical routine cardiovascular MRI is mostly performed at field strengths of 1.5 Tesla (T). Recently, magnetic resonance systems operating at a field strengths of 3 T became clinically available and can also be used for cardiovascular MRI. The main advantage of CMR at
3 T is the gain in the signal-to-noise ratio re-
sulting in improved image quality and/or allowing higher acquisition speed. Several further differences compared to MRI systems
with lower field strengths have to be considered for practical applications. This article describes the impact of CMR at 3 T in patients
with congenital heart disease by meanings of
methodical considerations and case studies.
Keywords
Cardiovascular MRI · 3 tesla MRI · Congenital heart disease · Pediatric cardiology · High-field MRI
Der Radiologe 9 · 2010 | 801
Übersichten
Abb. 3 8 Axiale (a) und koronare (b) Aufnahmen bei 3 T eines 4 Jahre alten Jungen (Gewicht 16,5 kg, Größe 103 cm) mit hypoplastischem Linksherzsyndrom nach Palliation durch eine Kreislauftrennung unter Anlage eines intraatrialen lateralen Tunnels. Die tunnelartige Verbindung (T) von unterer und oberer Hohlvene mit dem pulmonalen Gefäßsystem ist in b zu erkennen. Ein linker Ventrikel ist nur rudimentär vorhanden
Abb. 4 8 a MR-Kurzachsenschnittbilder bei 3 T eines 15 Monate alten Jungen (Gewicht 10 kg, Größe 79 cm) mit hypoplastischem Linksherzsyndrom mit endsystolischer (rechts) und enddiastolischer (links) Aufnahme. In b sind zusätzlich die eingezeichneten endo- und epikardialen Konturen
des rechten Ventrikels zu erkennen
Flussmessungen mit
Phasenkontrasttechnik
Auch Phasenkontrastflussmessungen
können durch den zunehmenden Einsatz der 3-T-MRT profitieren. Die Methode der Phasenkontrastflussmessung und
Flusskodierung beruht auf dem Prinzip,
dass bewegte Spins bei Anwendung eines
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Magnetfeldgradienten eine der Geschwindigkeit proportionale Phasenverschiebung
der Quermagnetisierung erzeugen. Genauer gesagt ist die Phasenverschiebung
proportional zur Geschwindigkeitskomponente in der Richtung des zur Flusskodierung angewendeten Gradientenfeldes.
In der Praxis werden unter Anwendung
einer Gradientenechosequenz 2 Bildda-
tensätze mit und ohne Flusskodierung
akquiriert, um die natürliche Phasenvariation im Untersuchungsvolumen (z. B.
auf Grund von Feldinhomogenitäten) von
der geschwindigkeitsabhängigen Phasenverschiebung zu differenzieren. Die Aufnahme der beiden Bilddatensätze ist alternierend, d. h. während jeder Repetitionsperiode nimmt man 2 Echos auf, eins mit
Flusskodierung und eines ohne. Anschließend werden die „Phasenbilder“ der beiden Datensätze voneinander subtrahiert.
Das Phasenbild aus dieser Subtraktion
entspricht der Flussgeschwindigkeit. Für
das Betragsbild benutzt man meistens den
Bilddatensatz, bei dem die Gradientenwellenform für konstante Geschwindigkeiten keine Phasenverschiebung erzeugt.
Mit Hilfe dieser Methode kann eine zuverlässige Quantifizierung des Blutflusses
und der Blutflussvolumina vorgenommen
werden. Die Technik unterschätzt die reale Geschwindigkeit etwas, zeigt aber eine
sehr gute Korrelation mit der Echokardiographie [22].
In der kinderkardiologischen Diagnostik werden Flussmessungen bei 1,5 T bei
vielen Fragestellungen eingesetzt. Hierzu
zählen die Evaluation von Shunt- [5] und
Klappenvitien [1, 23, 42], die Quantifizierung venöser und pulmonaler Flussverhältnisse [11] und die Evaluation von Gefäßstenosen (z. B. Aortenisthmusstenose
mit Bestimmung des Kollateralflusses).
Darüber hinaus ist es möglich, Messungen
des Herzzeitvolumens und eine Analyse
der diastolischen Ventrikelfunktion mit
dieser Methode vorzunehmen [35].
Flussmessungen bei 3 T weisen ein
gegenüber 1,5 T ebenfalls erhöhtes SNR
auf, was eine Optimierung bzw. Redu-
Abb. 5 7 Phasenkontrasttechnik bei 3 T. Darstellung
einer mittelschweren Aortenklappeninsuffizienz bei
einem 14 Jahre alten Jungen (Gewicht 49 kg, Größe 1,67 m) mit Transposition der großen Arterien
nach arterieller Switchoperation. Betragsbild (a), Phasenbild (b) und Fluss-Volumen-Kurve über der Aortenklappe (c)
zierung der Voxelgröße im Vergleich zu
niedrigeren Feldstärken erlaubt. Die geschwindigkeitsabhängige Phasenverschiebung wird durch die Feldstärke nicht beeinflusst. Die Phasenkontrastflussmessung beruht auf konventionellen Gradientenechosequenzen und ist daher im Vergleich zur SSFP-Technik relativ wenig für
Artefakte anfällig. In einer In-vitro-Studie
von Lotz et al. [26] konnte gezeigt werden,
dass die Präzision der Flussmessungen bei
3 mit denen bei 1,5 T vergleichbar waren.
Die deutliche Zunahme des SNR bei 3 T, so
die Schlussfolgerung der Autoren, könnte
durch die verbesserte zeitliche und räumliche Auflösung v. a. für Flussmessungen
kleiner Gefäße interessant sein. Daher ist
die Anwendung von Phasenkontrastmessungen besonders für die Untersuchung
von Kindern mit kongenitalen Herzfehlern von Interesse (. Abb. 5).
Perfusion und Vitalität
Insbesondere fortgeschrittene MRT-Anwendungen wie die Untersuchung von
Vitalität und Perfusion können durch höhere Feldstärke detailliertere Informationen als mit herkömmlichen nuklearmedizinischen Verfahren der „single photon emission computed tomography“
(SPECT) und Positronenemissionstomographie (PET), die als Goldstandard gelten, liefern.
„Late-enhancement“-MRT
Die Abgrenzung von vitalem zu avitalem myokardialem Gewebe ist v. a. in
der Erwachsenenkardiologie bei der Infarktdiagnostik, aber auch zur Diagnostik von Patienten mit einem angeborenen Herzfehler von zunehmendem Interesse. Durch die so genannte Kontrastmittel- (KM-)spätanreicherung („late enhancement“) ist es möglich, Narbengewebe nach einem abgelaufenen Infarkt, z. B.
postoperativ, zu erkennen. Dafür werden
etwa 10 min nach Gabe von gadolinium(Gd-)haltigem KM Aufnahmen mit einer so genannten Inversion-recovery-Sequenz durchgeführt, um T1-Unterschiede
auf Grund der lokalen KM-Anreicherung
darzustellen. Im infarzierten Myokard
bzw. Narbengewebe kommt es zu einer
höheren Gd-konzentration pro Voxel bzw.
einer Kontrastverstärkung in den Spätaufnahmen. Für diese vermehrte späte Anreicherung des KM sind verschiedene Unterschiede zwischen normalem und geschädigtem Myokard verantwortlich. Der bedeutendste Mechanismus beruht darauf,
dass nach einem Myokardinfarkt die Zellmembranen für das im Prinzip extrazelluläre KM durchlässig werden, was mit dem
Verlust der Zellvitalität eng korreliert. Die
Folge ist ein vergrößertes Verteilungsvolumen für das „extrazelluläre“ Gd-haltige KM, das dort nicht nur in größerer
Konzentration vorliegt sondern auch länger gespeichert bleibt. Somit kann vitales
Gewebe von einem akuten Infarkt, aber
auch von Narbengewebe abgegrenzt werden [17]. Eine kürzlich publizierte Studie
untersuchte die Beurteilung der myokardialen Vitalität mit KM-Spätanreicherung
(Late-enhancement-MRT) bei 3 T. Die
Ergebnisse zeigten eine verbesserte BildDer Radiologe 9 · 2010 | 803
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Abb. 6 8 Derselbe Patient wie in Abb. 5. Kurzachsenschnitt des Herzens (a) und First-pass- Perfusion unter Ruhebedingungen bei 3 T (b)
Abb. 7 8 Kontrastmittelgestützte MR-Angiographie und 3D-Rekonstruktion einer 10 Jahre alten Patientin (Gewicht 36 kg, Größe 1,35 m) mit hochgradiger Aortenisthmusstenose und ausgeprägter
Kollateralisierung
qualität und einen Zugewinn an SNR und
CNR bei 3 im Vergleich zu 1,5 T [20].
Regionale Perfusion
Mit Hilfe der MRT kann die regionale
Perfusion des Myokards gemessen werden. Durch die hohe räumliche Auflösung der MRT ist es möglich, die subendo- und epikardiale Perfusion voneinander zu differenzieren. Bei der Technik der
First-pass-Perfusionsmessung wird unter
Anwendung einer Turbogradientenechosequenz Gd-haltiges KM als Bolus verabreicht und anschließend die Menge und
Geschwindigkeit der KM-Anflutung entweder visuell, semiquantitativ oder quantitativ analysiert. Diese Methode kann
z. B. bei Koronaranomalien oder bei Patienten mit Transposition der großen Arterien (TGA) und Zustand nach arteriellem Switch mit Reimplantation der Ko-
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ronarien von klinischer Bedeutung sein
(. Abb. 6a, b). Andererseits ist eine Demaskierung von hämodynamisch relevanten Koronarstenosen mit reduzierter
Koronarreserve, insbesondere bei TGAPatienten mit Abgangsstenosen der Koronararterien nach arterieller Switchoperation oder belastungsinduzierten Perfusionsdefekten infolge maligner Koronaranomalien, unter Ruhebedingungen häufig
nicht möglich. Hier kommt zusätzlich zur
Perfusionsuntersuchung in Ruhe eine Perfusionsmessung unter pharmakologischer
Belastung als so genannte Stressperfusion
zur Anwendung. Dabei wird oftmals eine pharmakologische Belastung mit Adenosin verwendet. Adenosin bewirkt eine koronare Vasodilatation und Zunahme des koronaren Blutflusses auf das 4bis 5-fache. Bei Patienten mit Pathologien
im Bereich der Koronararterien kann die
Durchblutungssteigerung eingeschränkt
sein und als myokardiales Perfusionsdefizit mit der MRT erfasst werden.
Verschiedene Arbeitsgruppen haben
zeigen können, dass Perfusionsstudien
bei 3 T möglich und durch eine bessere
CNR und SNR der MRT bei 1,5 T überlegen sind [2, 41]. Allerdings kann die myokardiale Perfusionsmessung durch subendokardial gelegene Ringartefakte („dark
rim artifacts“) erheblich beeinträchtigt
werden, deren Ursprünge lange umstritten waren. In der jüngeren Literatur werden eine ungenügende räumliche Auflösung als auch Subpixelverschiebungen für
die Dark-rim-Artefakte verantwortlich
gemacht [9, 10], während Suszeptibilitätsartefakte scheinbar eine eher untergeordnete Rolle spielen. Für Perfusionsuntersuchungen bei 3 T scheinen Dark-rim-Artefakte bei Anwendung hochauflösender
Sequenzen kein größeres diagnostisches
Problem als bei 1,5 T darzustellen [28]. Dies spricht dafür, dass die Artefakte in erster Linie durch eine unzureichende räumliche Auflösung bedingt sind und Perfusionsstudien in diesem Punkt von der höheren räumlichen Feldstärke bei 3 T profitieren.
Kontrastmittelgestützte
MR-Angiographie und
MR-Koronarangiographie
Die KM-gestützte MR-Angiographie
(MRA) wird bei der Untersuchung von
Patienten mit angeborenen Herzfehlern
zur Klärung verschiedener Fragestellungen eingesetzt. Durch dieses Verfahren
können die thorakalen Gefäße drei- oder
sogar vierdimensional mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung dargestellt
werden. Das KM bewirkt eine ausgeprägte
Verkürzung der T1-Zeit des Blutes. Infolgedessen wird der Sättigungseffekt im
Blut minimiert, sodass das Blut eine hohe Signalintensität aufweist und sich damit gut vom umgebenden statischen Gewebe abgrenzt. Auch für die MRA dürfen
Vorteile durch den Einsatz der 3-T-MRT
erwartet werden.
Durch die verbesserte Bildqualität und
die längeren „nativen“ T1-Relaxationszeiten (d. h. vor KM-Gabe) bei höherer
Magnetfeldstärke ist es z. B. möglich, KM
einzusparen [12]. Hieraus könnte eine
Abb. 8 7 Weißblutaufnahme und 3D-Rekonstruktion einer 7 Jahre alten Patientin (Gewicht 22 kg) mit Bland-White-Garland-Syndrom. Man erkennt sehr gut den Fehlabgang der linken Koronararterie (LCA, Pfeil) aus der Pulmonalarterie (PA). Ao Aorta
Abnahme von KM-Nebenwirkungen resultieren. Die höhere Feldstärke hat seine Stärken insbesondere auch bei der detailgetreuen Darstellung von Kollateralgefäßen durch die MRA (. Abb. 7a, b).
Neben älteren Techniken der statischen MRA erlauben aktuelle Methoden
(TRICKS, TREAT, TWIST, 4D-TRAK)
eine dynamische Beurteilung der vaskulären und kardialen Strukturen [21, 24].
Diese Techniken ermöglichen es, das arterielle, pulmonalarterielle und venöse System in einer einzigen Untersuchung darzustellen sowie das Blutflussverhalten und
die Flussrichtung zu beurteilen. Durch zusätzliches Weglassen eines Testbolus kann
somit KM eingespart werden. Willinek et
al. [45] konnten zeigen, dass durch den
Einsatz dieser neuen Techniken in Verbindung mit Parallelbildgebungstechniken die MRA-Bildgebung bei 3 T weiter
verbessert werden kann, da die zeitliche
Auflösung bei fast unverminderter räumlicher Auflösung um ein Vielfaches gesteigert wird.
Kontrastmittelgestützte MR-Koronarangiographie
Der Einsatz der MR-Koronarangiographie (MRCA) bei der Untersuchung von
Patienten mit angeborenen Herzfehlern ist die nichtinvasive Visualisierung
von Koronaranomalien und Koronarfisteln (. Abb. 8a, b). Darüber hinaus wird
sie bei Patienten mit Kawasaki-Syndrom
zur Diagnostik verwendet, da diese Erkrankung mit aneurysmatischen Veränderungen der Koronararterien einhergehen kann [13]. Neben der rein visuellen
Beurteilung der Koronararterien mit der
MRCA wird bei diesen Patienten jedoch
in der Regel zusätzlich eine Ischämieund Vitalitätsdiagnostik durchgeführt
(s. Abschn. “Perfusion und Vitalität“).
Die MRCA ist im Vergleich zur MRA
technisch deutlich schwieriger. Probleme
stellen dabei v. a. die kleinen Dimensionen
der Gefäße, die komplexe Anatomie der
Koronargefäße und die kontinuierlichen
Atem- und Herzbewegungen dar. In den
meisten Zentren wird für die MRCA eine 3D-Gradientenechotechnik mit Navigator verwendet. Zur Planung des Scans
und Bestimmung der Koronararterienposition wird zuvor ein niedrig aufgelöster
Übersichtsscan aufgenommen. Jüngere
Arbeiten weisen darauf hin, dass die Koronarbildgebung bei 3 T einige Vorteile
bringen kann. Liu et al. [25] konnten bei
3 gegenüber 1,5 T eine kürzere Aufnahmezeit, ein höheres CNR und eine bessere Abgrenzung der Koronararteriensegmente nachweisen. In einer weiteren Studie mit 15 erwachsenen Probanden konnte gezeigt werden, dass Koronarangiographien mit guter Bildqualität bei 3 T durchführbar sind [18]. Zwei weitere Studien
fanden eine Verbesserung von SNR und
CNR [14, 40]. Dieses ging jedoch nicht
unbedingt mit einer verbesserten Bildqualität einher [40], da eine Unterdrückung von Bildartefakten bei 3 T eine höhere Herausforderung als bei 1,5 T darstellt. Aus eigener Erfahrung können wir
sagen, dass die MRCA auch bei Säuglingen und Kleinkindern und selbst komplexen Vitien bei 3 T mit guten Ergebnissen
und kurzer Messdauer (5–12 min) durchgeführt werden kann. In aller Regel ist es
notwendig, Kinder bis zu einem Alter von
7–8 Jahren zu sedieren, ältere Kinder und
Erwachsene tolerieren die Untersuchung
meistens gut.
Echtzeitbildgebung (Real-time-Technik)
Mit neuen Abbildungsverfahren können
unter kontinuierlicher Messung die kardiale Anatomie und Bewegung in Fast-Echtzeit (<1 s) und mit hoher Qualität dargestellt werden. Dies ermöglicht eine schnelle Planung der Schnittebenen und Beurteilung der Herzfunktion sowie eventuell
in Zukunft MR-gestützte Interventionen.
Nachteile der Echtzeittechnik sind jedoch
die begrenzte zeitliche und räumliche Auflösung und die Bildunschärfe, was insbesondere für mögliche zukünftige MR-Interventionen ein Problem darstellt. In der
Literatur findet sich eine Arbeit zur Anwendung des Echtzeitverfahrens bei 3 T
[31]. Neben einer Zunahme des SNR und
Blut-Myokard-CNR stellten die Autoren
auch eine bessere Bildqualität bei 3 T fest
und schlussfolgerten, dass Echtzeitbildgebung bei 3 gegenüber 1,5 T aufgrund dieser Verbesserungen Vorteile bringt. Diese
Beobachtung entspricht allerdings nicht
unseren Erfahrungen, da die Suszeptibilitätsartefakte gerade bei kleinen Kindern
erheblich sind.
Parallele MRT
Parallele Akquisitionstechniken reduzieren die Zeit, die zur Aufnahme eines Bildes benötigt wird. Dies wird erreicht durch
die gleichzeitige Aufnahme von Teilbildern mittels mehrerer Hochfrequenzspulen mit unterschiedlichen räumlichen
Sensitivitätsprofilen, unter Reduzierung
Der Radiologe 9 · 2010 | 805
Übersichten
Abb. 9 9 Vierkammerblick eines 8 Wochen
alten weiblichen Säuglings (3,7 kg) mit Trikuspidalatresie vom
Typ IIc, Transposition
der großen Arterien
und Aortenbogenhypoplasie. Man erkennt
die fehlende Trikuspidalklappe, an deren
Stelle eine undurchlässige Membran vorliegt
(Pfeil). Der rechte Ventrikel (RV) ist nur rudimentär angelegt
der Anzahl der k-Raum-Profillinien, die
insgesamt aufgenommen werden. Die
Daten dieser Teilbilder können zu einem
vollständigen Gesamtbild rekonstruiert
werden, wobei die verminderte Zahl aufgenommener k-Raum-Linien durch Information über die räumlichen Sensitivitätsprofile der Spulen kompensiert wird.
Dies erlaubt eine schnellere Bildakquisition, allerdings auf Kosten eines reduzierten SNR. Hier profitiert die parallele
MRT vom Einsatz der 3-T-MRT, da dieser Signalverlust durch den Signalgewinn
bei 3 T kompensiert werden kann [4, 46],
d. h. insgesamt kann die Akquisitionszeit
bei 3 T deutlich im Vergleich zu 1,5 T verkürzt werden. Neben dieser Verkürzung
der Messzeit kann die parallele MRT auch
zu einer Verbesserung der räumlichen
Auflösung, zur Verbesserung der Bildqualität und zur Unterdrückung von Bildartefakten eingesetzt werden. Durch die verkürzte Untersuchungszeit können darüber hinaus bewegte Strukturen, wie z. B.
ein schnell schlagendes Säuglingsherz,
besser dargestellt werden (. Abb. 9).
Diskussion
Die bildgebende Diagnostik bei Patienten mit angeborenen und erworbenen
Herzfehlern stützt sich vorwiegend auf
die Echokardiographie, Angiokardiographie und in jüngerer Zeit vermehrt auch
auf die MRT. Die MRT kommt insbesondere dann zum Einsatz, wenn eine Echokardiographie schwierig ist und eine invasive und strahlenbelastende Herzkatheteruntersuchung vermieden werden soll.
806 | Der Radiologe 9 · 2010
Hier liefert sie oft wichtige zusätzliche Informationen zur Therapieplanung und
Verlaufskontrolle z. B. vor bzw. nach einer Operation oder Katheterintervention. Dennoch stellt die MRT insbesondere bei Säuglingen und Kindern eine Herausforderung dar. Die schmalen Gefäße
und das kleine Herz erfordern eine hohe
räumliche und der schnelle Herzschlag
bei Säuglingen und Kleinkindern (100–
150/min) eine hohe zeitliche Auflösung,
um eine gute Bildqualität zu erzielen und
akkurate Fluss- und Volumenmessungen
durchführen zu können.
Der zunehmende Einsatz der 3-T-MRT
bringt eine Reihe von Vorteilen auf dem
Gebiet der kardiovaskulären Bildgebung.
Hierbei kommt insbesondere der Steigerung von SNR und CNR eine Bedeutung
zu. Mit einer Steigerung des SNR lassen
sich die Messzeit verkürzen und die räumliche Auflösung erhöhen. Dies kann gerade im Bereich der Herzbildgebung zur
Steigerung der diagnostischen Bildqualität führen und der Option, KM einzusparen.
Wie in verschiedenen Arbeiten gezeigt wurde, ist eine umfangreiche kardiale Diagnostik einschließlich der Beurteilung der Morphologie, Analyse der globalen und regionalen Funktion, der Untersuchung der myokardialen Perfusion und
der Vitalitätsdiagnostik bei 3 T möglich
[14, 44]. Dabei profitieren die meisten dieser Anwendungen von der höheren Feldstärke. Durch den Einsatz paralleler Bildaufnahmetechniken kann die Steigerung
des SNR zu einer weiteren Reduktion der
Akquisitionszeit genutzt werden. Gleich-
zeitig sind jedoch die veränderten Relaxationszeiten, das schnellere Erreichen
der SAR-Grenzwerte sowie der verstärkte
Einfluss von Suszeptibilitätsartefakten bei
3 T zu berücksichtigen. Dies erfordert entsprechende Anpassungen der Sequenzen
bzw. des Protokolls, sodass der tatsächliche Gewinn an CNR und SNR z. T. etwas geringer als erwartet ausfällt.
Ausblick
Durch den raschen technischen Fortschritt ist anzunehmen, dass die Bedeutung der 3-T-MRT auch für die Diagnostik bei Patienten mit angeborenen Herzfehlern weiter zunehmen wird. Die Entwicklung neuer Pulssequenzen für die
Bildakquisition und neuartiger KM, aber
auch Fortschritte in der Spulenentwicklung und auf dem Gebiet der parallelen
MRT können zu einer weiteren Verbesserung der Bildqualität und zusätzlichem
SNR-Gewinn bei 3 T führen. Auch ist zu
vermuten, dass sich der Patientenkomfort
in den nächsten Jahren mit der Einführung neuerer 3-T-Systeme und Optimierung der Arbeitsabläufe verbessern wird.
Andere Perspektiven betreffen kardiovaskuläre Interventionen mittels MRT beim
Menschen. Dabei müssen allerdings zunächst grundsätzliche technische Fragen
beantwortet werden.
Fazit für die Praxis
Die MRT bei 3 T bietet v. a. durch den Gewinn an SNR und CNR Vorteile für zahlreiche Applikationen bei Patienten mit
angeborenen Herzfehlern. Dieses gilt sowohl für die Primärdiagnostik als auch
für Verlaufsuntersuchungen nach interventionell oder operativ behandelten Herzfehlern. Sie hat das Potenzial,
die kardiovaskuläre Bildgebung bei Patienten mit angeborenen und erworbenen
Herzfehlern in wissenschaftlicher und klinischer Hinsicht deutlich zu erweitern.
Korrespondenzadresse
PD Dr. C. Rickers
Klinik für angeborene Herzfehler und Kinderkardiologie, Universitätsklinikum
Schleswig-Holstein, Campus Kiel,
Arnold-Heller-Str. 3, Haus 9, 24105 Kiel
[email protected]
Übersichten
Danksagung. Die Autoren danken der Fördergemeinschaft Deutsche Kinderherzzentren e.V. (http://
www.fg-dkhz.de) für die finanzielle Unterstützung bei
der Etablierung der kardialen MRT bei 3 Tesla in unserem Zentrum. Außerdem danken wir Frau Traudel
Hansen, Klinik für angeborene Herzfehler und Kinderkardiologie, Universitätsklinikum Schleswig-Holstein,
für ihre tatkräftige Hilfe im Rahmen der MRT-Untersuchungen. Sowie Herrn Dr. Jürgen Bunke, Herrn Dr.
Bernhard Schnackenburg und Herrn Rainer Sokolowski
von der Philips MedizinSysteme GmbH.
Interessenkonflikt. Der korrespondierende Autor
gibt an, dass kein Interessenkonflikt besteht.
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