Ende der 1970er Jahre wurden die ersten magnetresonanztomographischen Untersuchungen des Herzens durchgeführt. Durch stetige Verbesserungen der räumlichen und zeitlichen Auflösung in der MRT wurden hervorragende Darstellungen des Herzens im Ciné-Modus erzielt (ALFAKIH et al. 2004; GILBERT et al. 2008). Die Ciné-Bild-Sequenzen zeigen in Form von Zeit-Serien-Bildern Aufnahmen derselben Schicht zu unterschiedlichen Zeiten bzw. Herzphasen und können wie ein Film abgespielt werden. Somit bilden sie die Grundlage für die Bestimmung der links- und rechtsventrikulären Funktionsparameter im MRT (GILBERT et al. 2008).
Aufgrund der Anfälligkeit für Bewegungsartefakte werden in der kardialen MRT Atemanhaltetechniken und EKG-Gating angewandt (GILBERT et al. 2008). Dabei führt das Anhalten des Atems während der Scans zu einer Restriktion der Thoraxbewegung, während das EKG-Gating Bewegungsartefakte, die durch die Eigenbewegung des Herzens entstehen, minimiert. Indem simultan zur Datenakquisition ein EKG abgeleitet wird, können die Aufnahmen den entsprechenden Herzphasen zugeordnet werden (MAHNKEN et al. 2004). Dafür ist ein spezielles EKG, das Vektor-EKG, nötig, das durch Platzierung der Elektroden nahe beieinander die durch die Gradienten erzeugten Spannungsunterschiede in den Ableitelektroden herabsetzt (MAHNKEN et al. 2004). Die Synchronisation des EKG mit den Bilddaten kann entweder prospektiv oder retrospektiv erfolgen. Im Falle der prospektiven Triggerung startet die Datenakquisition mit dem QRS-Komplex. Diese Technik besitzt den Nachteil, dass sie zur Vermeidung von Artefakten durch die unterschiedliche Länge des Herzzyklus die letzten 10% des RR-Intervalls nicht aufnimmt (MAHNKEN et al. 2004). Dadurch kann es zu einem Verlust wichtiger Informationen kommen. Aus diesem Grund wird für die Funktionsanalyse des
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Herzens hauptsächlich retrospektives Gating verwendet, das die Daten und das EKG während des gesamten RR-Intervalls kontinuierlich akquiriert. Die k-Raumzeilen werden nachträglich vor der Fourier-Transformation den Herzphasen zugeordnet (MAHNKEN et al. 2004).
Für die Aufnahme des Herzens werden Gradientenechosequenzen eingesetzt. Sie zeichnen sich durch sehr kurze Repetitionszeiten (Time to Repeat, TR) und damit durch eine schnelle Signalerzeugung und –auslesung aus (MAHNKEN et al. 2004;
SCHNACKENBURG 2005b). Als Sequenz der Wahl hat sich die sog. Steady State Free-Precession (SSPF) durchgesetzt, da sie im Vergleich zur vorher als zuverlässig geltenden Turbo-Gradientenechosequenz (TGE) einen höheren Kontrast und somit eine bessere Definition der Endokard- und Epikardgrenze aufweist (ALFAKIH et al.
2004). Gradientechosequenzen werden häufig auch als „Bright-blood“-Methode bezeichnet, da sie den laminaren Blutfluss hell erscheinen lassen, der turbulente Blutfluss erscheint dagegen schwarz (GILBERT et al. 2008). Eine homogene Signalintensität und eine Reduktion der Bewegungsartefakte durch das fließende Blut werden durch eine Flusskompensation über das sog. Shim Volume, das den Einsatz zusätzlicher Gradienten erfordert, erreicht (MAHNKEN et al. 2004).
2.2.4.1 Ortsauflösung
Die Ortsauflösung eines MRT-Bildes innerhalb der angeregten Schicht wird vom Messfeld (Field of View, FOV) und von der Matrix bestimmt. Dabei lässt sich die Beziehung der Parameter zur Ortsauflösung folgendermaßen beschreiben:
Ortsauflösung = FOV / Matrix (SCHNACKENBURG 2005a). Die Auflösung in einer Schicht wird somit durch die Pixelgröße und die 3D-Auflösung durch die Voxelgröße, die zusätzlich die Schichtdicke berücksichtigt, bestimmt. MILLER et al. (2002) konnten einen Vorteil der Verwendung von Pixeln ≤ 2 mm2 für die Bestimmung der linksventrikulären Funktionsparameter feststellen. Bei einer Pixelgröße von 3 mm2 führten die Messungen zu erhöhten EDV- und abnehmenden EF-Werten und zu Partialvolumeneffekten (MILLER et al. 2002). Diese Effekte stellen Bildartefakte dar, die entstehen, wenn Strukturen mit hohem Kontrast nur teilweise in eine Schicht hineinragen und nur die gemittelten Werte gezeigt werden (RYDBERG et al. 2000;
KALENDER 2006b). Hohe Ortsauflösungen haben somit einen großen Einfluss auf die Messgenauigkeit, allerdings verringern sie wiederum das Signal-zu-Rausch-Verhältnis (Signal-to-Noise-Ratio, SNR), das für gute Kontraste von Myokard und Lumen von Bedeutung ist. Um diesen Nachteil auszugleichen, kann das SNR wieder
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erhöht werden, indem Messwiederholungen erfolgen und die daraus resultierenden Daten gemittelt werden (SCHNACKENBURG 2005a).
2.2.4.2 Zeitliche Auflösung
Aufgrund der großen Eigendynamik des Herzens sind zeitliche Auflösungen von unter 45 ms für die Akquisition artefaktarmer Bilder essentiell (MILLER et al. 2002).
Für diesen Zweck können Gradientenechosequenzen mit extrem kurzen Repetitionszeiten genutzt werden. Allerdings resultieren die kurzen Repetitionszeiten in einem sehr geringen Kontrast, dessen Verbesserung durch die Segmentierung der Sequenz erreicht wird, ohne dass die Akquisitionszeit verlängert werden muss (SCHNACKENBURG 2005b). Mittels Segmentierung werden immer nur einige k-Linien pro Herzschlag erfasst. Damit der ganze k-Raum mit Daten gefüllt wird, muss über mehrere Herzzyklen gemessen werden (MAHNKEN et al. 2004;
SCHNACKENBURG 2005b). Die zeitliche Auflösung und damit die Anzahl der Bilder in einem Ciné-Loop werden außerdem über die Verwendung des sog. Echo-Sharings erhöht. Ein Bildberechnungsalgorithmus nutzt dabei k-Zeilen aus benachbarten Herzphasen und mittelt sie zu einer dazwischen liegenden Phase (MAHNKEN et al.
2004; SCHULTE et al. 2005). Aus der gemessenen Information von zwei Bildern kann somit ein weiteres dazwischen liegendes Bild berechnet werden.
Eine weitere Reduktion der Bildmesszeit und damit auch Verbesserung der zeitlichen Auflösung ergab sich durch Einführung der „parallelen MRT―, bei der mehrere parallel geschaltete Empfangsspulen verwendet werden (JAKOB 2005). So können gleichzeitig Teilbilder von mehreren Hochfrequenzspulen, die sich in der räumlichen Orientierung unterscheiden, aufgenommen werden. Durch die parallele Akquisition von 2 bis 8 Bildlinien wird die Messzeit um den Faktor 2 bis 8 reduziert (JAKOB 2005).
Trotz der heutzutage relativ kurzen Messzeiten können pro Atemstopp maximal zwei Schichtbilder akquiriert werden. Daher sind mehrere Atemstopps nötig, um den gesamten Ventrikel abzudecken. Bei der Akquisition in mehreren Atempausen besteht jedoch die Gefahr der fehlerhaften Reproduktion der Atemphase, die letztendlich in einer falschen Schichtposition und hierdurch fehlerhaften Volumenmessung resultieren kann (MAHNKEN et al. 2004). Als am besten reproduzierbar hat sich die Bildakquise während der Endexspiration erwiesen.
Literaturübersicht 2.2.4.3 Kardiale MRT in der Tiermedizin
Wenngleich die kardiale MRT noch keinen Einzug in den klinischen Alltag der Veterinärmedizin gehalten hat, so ist sie dennoch in der Forschung von großer Bedeutung. Die gute Darstellung der Herzmorphologie, der zugehörigen Gefäße und vorhandener Herztumoren macht die MRT auch in der Tiermedizin zu einer zuverlässigen Technik (BASSO et al. 2004; CONTRERAS et al. 2008; MAI et al.
2010). Ebenso verzeichnet sie eine hohe Genauigkeit für die Bestimmung der myokardialen Masse (SHORS et al. 2004; MACDONALD et al. 2005). Die Quantifizierung der links- und rechtsventrikulären Volumina wurde in verschiedenen Studien an Hunden untersucht (MARKIEWICZ et al. 1987; DELL'ITALIA et al. 1994;
YOUNG et al. 1996; HOCKINGS et al. 2003). In einer Studie von 1987 entnahmen MARKIEWICZ et al. 19 Hundeherzen und bestimmten ihr Volumen im MRT. Als Referenz wurde die Wasserverdrängung von Silikonausgüssen des linken und rechten Ventrikels verwendet. Es konnten sehr gute Korrelationen zwischen den MRT-Werten und dem verdrängten Wasservolumen gefunden werden. In einem zweiten Schritt mit lebenden Hunden als Probanden wurden EKG-gekoppelte Aufnahmen im MRT akquiriert und im Folgenden das bestimmte Herzminutenvolumen (HMV) mit der Thermodilutionsmethode verglichen. Dabei unterschätzte die MRT gegenüber der Thermodilution das HMV signifikant. Als vermutliche Ursachen wurden die langen Signalerzeugungs- und Signalauslesungszeiten, sowie die geringe Anzahl von fünf Bildern pro RR-Intervall gesehen (MARKIEWICZ et al. 1987). Andere Studien verglichen ebenfalls die HMV der MRT-Daten mit der Thermodilutionsmethode in Hunden vor und nach Applikation inotroper Medikation und in Hunden mit chronischem Herz-Remodelling in Folge einer induzierten Mitralklappeninsuffizienz (HOCKINGS et al. 2003). Dabei fanden sie sehr gute Korrelationen zwischen beiden Messmethoden. Vor allem nach induzierten Volumenbelastungen ergaben sich gute Übereinstimmungen für das HMV. Weitere Studien setzten die MRT für Messmethodenvergleiche zur Bestimmung des linksventrikulären ESV mit induzierten Volumenbelastungen (DELL'ITALIA et al. 1994) oder für experimentelle Untersuchungen an Hunden vor und einige Monate nach induzierter Mitralklappenregurgitation ein (YOUNG et al.
1996). Inzwischen wird die MRT auch in tiermedizinischen Studien als Referenzmethode zur Echokardiographie eingesetzt (PENZL 2009).
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