Динамический фантом для моделирования потоков при МР-ангиографии

Цель исследования: разработать фантом для моделирования потоков при проведении магнитно-резонансной ангиографии (МРА) и оценки относительного контраста, погрешности определения линейной и объемной скорости потока. С использованием данного фантома сравнить томографы нескольких производителей в отношении эффективности проведения МРА-исследований.

Материал и методы. Основная часть динамического фантома состоит из заполненного гелем диска и трех трубочек для моделирования потока жидкости. С использованием разработанного фантома были проведены эксперименты на МР-томографах двух фирм-производителей для сравнения количественных оценок (относительный контраст) МРА-последовательностей: 2DTOF, 3DTOF и на трех МР-томографах одной фирмы для оценки точности построения калибровочной кривой, определения линейной и объемной скорости по изображениям 2DPC.

Результаты. Полученные результаты сканирования фантома в режимах 2Dи 3DTOF позволили сравнить результаты применения МРА-режимов для МР-томографов двух производителей. Для режима 2DTOF показано более эффективное усиление сигнала вследствие TOF-эффекта для томографа производителя 2 в сравнении с производителем 1 : 8,86 ± 0,88 и 6,07 ± 0,03 отн. ед. соответственно. Для режима 3DTOF значительно больший относительный контраст втекающей жидкости вследствие TOF-эффекта наблюдается у производителя 1 : 6,06 ± 0,47 и 3,17 ± 0,83 отн. ед. соответственно. Исследования на фантоме согласуются с результатами аналогичных измерений для пациентов. Максимальная относительная погрешность измерения линейной скорости движения жидкости в режиме 2DPC для трех томографов одного производителя составила 4%. Относительная погрешность измерения объемной скорости (потока) для сосудов диаметром 3 мм составила 0,9–1,8%. С помощью разработанного динамического фантома качественно были промоделированы эффекты МРА, связанные с усилением сигнала от “текущей” жидкости для режимов 3DPC и Time-SLIP.

Заключение. Разработан динамический фантом для моделирования потока при МРА. Задаваемый ток жидкости с линейным профилем скоростей позволяет определить точность измерения линейной и объемной скорости потока в клинических условия, оценить необходимость их коррекции относительно неподвижных тканей при использовании последовательности 2DPC, оценить эффективность визуализации сосудистого русла.

1. Koktzoglou I., Giri S., Piccini D., Grodzki D.M., Flanagan O., Murphy I.G, Gupta N., Collins J.D., Edelman R.R. Arterial Spin Labeled Carotid MR Angiography: A Phantom Study Examining the Impact of Technical and Hemodynamic Factors. Magn. Reson. Med. 2016; 75 (1): 295–301. DOI: 10.1002/mrm.25611.

2. Bunck A.C., Jüttner A., Kröger J.R., Burg M.C., Kugel H., Niederstadt T., Tiemann K., Schnackenburg B., Crelier G.R., Heindel W., Maintz D. 4D phase contrast flow imaging for in-stent flow visualization and assessment of stent patency in peripheral vascular stents-a phantom study. Eur. J. Radiol. 2012; 81 (9): 929–937. DOI: 10.1016/j.ejrad.2012.05.032.

3. Pauline W., Martin J.G., David J.L. Integrated physiological flow simulator and pulse sequence monitoring system for MRI. Med. Biol. Eng. Comput. 2008; 46 (4): 399–406. DOI: 10.1007/s11517-008-0319-x.

4. Taviani V., Patterson A.J., Worters P., Sutcliffe M.P.F., Graves M.J., Gillard J.H. Accuracy of Phase Contrast, Black-Blood, and Bright-Blood pulse sequences for measuring compliance and distensibility coefficients in a human-tissue mimicking phantom. J. Magn. Reson. Imaging. 2010; 31: 160–167. DOI: 10.1002/jmri.22005.

5. Irwan R., Rűssel I.K., Sijens P.E. Fast 3D coronary artery contrast-enhanced magnetic resonance angiography with magnetization transfer contrast, fat suppression and parallel imaging as applied on an anthropomorphic moving heart phantom. Magn. Reson. Imaging. 2006; 24: 895–902. DOI: 10.1016/j.mri.2006.03.003.

6. Сергиенко В.И., Мартынов А.К., Петряйкин А.В., Кошурников Д.С., Фадеев А.А., Николаев Д.А., Кармазановский Г.Г., Осипова Н.Ю., Федоров В.Д. Новые аспекты технических испытаний сосудистых стентов. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. Приложение. 2007; 2: 112–116.

7. Kazerou A., Patatoukas G., Argiropoulos G., Efstathopoulos E. In vitro blood flow analysis using magnetic resonance angiography. Physica Medica. 2016; 32 (3): 305. DOI: 10.1016/j.ejmp.2016.07.159.

8. Durand E.P., Jolivet O., Itti E., Tasu J.P., Bittoun J. Precision of Magnetic Resonance Velocity and Acceleration Measurements: Theoretical Issues and Phantom Experiments. J. Magn. Reson. Imaging. 2001; 13: 445–451.

9. Nilsson A., Bloch K.M., Töger J., Heiberg E., Ståhlberg F. Accuracy of four-dimensional phase-contrast velocity mapping for blood flow visualizations: a phantom study. Acta Radiol. 2013; 54: 663. DOI: 10.1177/0284185113478005.

10. Громов А.И., Сергунова К.А., Петряйкин А.В., Поленок Я.А., Михайленко Е.А. Дисковый фантом для контроля измерения скоростей при фазо-контрастной магнитно-резонансной томографии и способ контроля измерения линейной и объемной скорости движения фантома: патtyn 2579824 Российская Федерация. 2016. Бюл. №10.

11. Nordell B., Ståhlberg F., Ericsson A., Ranta C. A rotating phantom for the study of flow effects in MR-imaging. Magn. Reson. Imaging. 1988; 6 (6): 695–705.

12. Allard L., Soulez G., Chayer B., Qin Z., Roy D., Cloutier G. A multimodality vascular imaging phantom of an abdominal aortic aneurysm with a visible thrombus. Med. Phys. 2013; 40 (6): 063701. DOI: 10.1118/1.4803497.

13. Чижиумов С.Д. Основы гидродинамики: Учебное пособие. Комсомольск-на-Амуре: ГОУВПО “КнАГТУ”, 2007: 15–16.

14. Srichai M.B., Lim R.P., Wong S., Lee V.S. Cardiovascular Applications of Phase-Contrast MRI. Am. J. Roentgenol. 2009; 192 (3): 662–675. DOI: 10.2214/AJR.07.3744.

15. Rigsby C.K., Hilpipre N., McNeal G.R., Zhang G., Boylan E.E., Popescu A.R., Choi G., Greiser A., Deng J. Analysis of an automated background correction method for cardiovascular MR phase contrast imaging in children and young adults. J. Pediatr. Radiol. 2014; 44 (3): 26515–16273. DOI: 10.1007/s00247-013-2830-y.

16. Holland B.J., Printz B.F., Lai W.W. Baseline correction of phase-contrast images in congenital cardiovascular magnetic resonance. J. Cardiovasc. Magn. Reson. 2010; 12 (1): 11. DOI: 10.1186/1532-429X-12-11.