Optimized, automated shimming procedure for improved experimental cardiac magnetic resonance imaging and spectroscopy at ultra-high magnetic fields

  • Cristiano José da Silva Barros Amaral (Aluno)

Tese do aluno

Resumo

Background: As técnicas de ressonância magnética cardíaca por imagem (MRI) e espetroscopia (MRS) são ferramentas usadas para caraterizar, de forma não invasiva, modelos de rato com doenças cardíacas humanas. As experiências são tipicamente conduzidas em sistemas de Ressonância Magnética (MR) equipados com magnetos de elevada intensidade (≥ 7 Tesla). Um requisito fundamental da MR é a homogeneidade do campo magnético estático, B0 (Grutter, 1993), e as flutuações (inomogeneidades) do campo magnético principal na região de imagem devem ser menores a três partes por milhão (3 ppm). Inserindo uma amostra aumenta-se a inomogeneidade do campo (devido a diferentes graus de magnetização ao longo da amostra como resposta a B0 ("suscetibilidade magnética")), a qual necessita de ser compensada (Crijns et al, 2011; Koch et al, 2006). Homogeneizar (shimming) o campo magnético estático é uma tarefa crucial em qualquer experiência de MR para maximizar a resolução e a razão entre sinal e ruído. Isto é particularmente importante em campos magnéticos de elevada intensidade devido à dependência linear da suscetibilidade magnética com B0. O ajuste manual das bobinas de shim é laborioso e subjetivo. Para além disso, este processo é particularmente desafiante onde vários tecidos (por exemplo, osso, fluxo de sangue, entre outros) estão numa vizinhança próxima dentro do tórax, tendo cada um diferentes suscetibilidades magnéticas e movimentos relativos. Métodos automáticos de shimming, como o FASTMAP ou FASTERMAP (Shen et al, 1997), estão experimental e clinicamente bem estabelecidos no tecido cerebral mas falham no coração devido à fase de sinal mal definida de MR, particularmente no interior dos ventrículos. Com base numa técnica previamente implementada para o cérebro humano, foi investigada a implementação de uma nova abordagem para corações de ratos, in vivo, capaz de homogeneizar B0 na região de interesse, com uma forma aleatória. Objetivo: O objetivo deste projeto é investigar os parâmetros ótimos de digitalização e pós-processamento, por forma a otimizar e alcançar um procedimento automático de shimming, potenciando, assim, as técnicas de MRI e MRS cardíacas. Métodos: Diversos ratos (n=5) foram submetidos à técnica de MR, realizada num magneto horizontal de 9.4 Tesla (T). A aquisição de imagem foi conduzida através de sequências rápidas echo variando os seguintes parâmetros: resolução, compensação de fluxo (on / off), orientação (short-axis / axial) e dimensão (multi-cortes 2D vs 3D). Três diferentes configurações de bobinas de shim foram investigadas e a sequência ótima de MR foi avaliada. Resultados: O nível de 17% de threshold demonstrou ser aceitável para a remoção das discontinuidades de fase. A análise quantitativa do desempenho das diferentes abordagens de phase unwrapping mostrou que a abordagem 3D é a mais eficaz na resolução das discontinuidades de fase presentes nos mapas de campo. A aplicação de orientação axial, os dados de maior resolução, a ausência de compensação de fluxo e a introdução de bobinas de shim de maiores ordens demonstraram um peso significativo na redução das inomogeneidades de B0, quando aplicados. Conclusões: Este projeto permitiu estabelecer parâmetros ótimos de aquisição e opções de pós-processamento que melhoram a homogeneidade de B0, importantes na validação de futuros estudos complementares.
Data do prémio2012
Idioma originalEnglish
Instituição de premiação
  • Universidade Católica Portuguesa
SupervisorJürgen Schneider (Supervisor)

Designação

  • Mestrado em Engenharia Biomédica

Citação

'