Quantification of Blood Flow in Cerebral Arteries at 7T MR
Master thesis
Permanent lenke
https://hdl.handle.net/11250/3027184Utgivelsesdato
2022Metadata
Vis full innførselSamlinger
- Institutt for fysikk [2702]
Sammendrag
Avbildning med 2D fasekontrast gjør det mulig å kvantifisere blodgjennomstrømning (mL/min) i cerebrale blodårer, og kan være et nyttig verktøy for å planlegge behandling og undersøke langtidseffekter hos pasienter med hjerneslag. Dette prosjektet har utført runde nummer to med initiell testing og verifisering av fasekontrastavbildning for kvantifisering av blodgjennomstrømning i arteria cerebri media (MCA), arteria cerebri anterior (ACA) og arteria cerebri posterior (PCA).
Fasekontrastbilder ble tatt av 7 friske frivillige på en 7 Tesla skanner. Snittplanet ble plassert vinkelrett på arterien som ble avbildet, og to repetisjoner av hver plassering ble avbildet for seks frivillige. I tillegg ble det innhentet bilder i to separate skanninger for en av de friske frivillige. Fasekontrastbildene var fartskodet i z-retningen (transversalt). Bildene ble tatt over et gitt antall hjertesykluser, avhengig av pulsen til den frivillige, ved å bruke EKG-trigging. Postprosessering og beregning av blodgjennomstrømning ble utført i MATLAB R2019b.
Basert på forkastningskriterier knyttet til form på tidsutviklingen av blodgjennomstrømning og form på ROIer, ble det laget et selektivt (uten forkastede bilder) og et totalt (med alle bilder) datasett for videre analyse. Blodgjennomstrømning i ACAene og PCAene var betydelig høyere enn tidligere publiserte verdier, og bilder av ACAene var i tillegg de som oftest ble forkastet basert på forkastningskriteriene. ACAene er tynne blodårer, som gjør plassering av bildeplanet utfordrende. Å minske tykkelsen på snittet og redusere støyen i bildene kan være med på å forbedre kvantifiseringen av blodgjennomstrømning i ACAene.
Blodgjennomstrømningsratene i MCAene stemmer godt overrens med teorien, som indikerer at fasekontrastsekvensen er lovende i forbindelse med kvantifisering av blodgjennomstrømning i tykkere arterier. Allikevel er det tekniske aspekter knyttet til EKG-trigging og støy i bildene som minsker reproduserbarheten i sekvensen. Dette er mulig å se ved at blodgjennomstrømningsratene varierer stort mellom individer og mellom repetisjoner innad i hvert individ. I tillegg kan plassering av snittplanet være både tidkrevende og utfordrene, avhengig av anatomien hos den som skannes.
Kvantifisering av blodgjennomstrømning ved bruk av avbildning med 2D fasekontrast er en lovende metode, allikevel er det flere begrensninger knyttet til tekniske aspekter som må testes og forbedres før man kan etablere en optimalisert 2D fasekontrastprotokoll. 2D phase contrast imaging enables quantification of blood flow (mL/min) in cerebral arteries, and can be a useful tool for planning treatment and investigating long-term effects in stroke patients. This project has performed a second round of initial testing and verification of phase contrast magnetic resonance imaging (PC-MRI) for quantification of blood flow in the middle cerebral artery (MCA), anterior cerebral artery (ACA) and posterior cerebral artery (PCA).
Phase contrast images were acquired from seven healthy volunteers on a 7 Tesla scanner. The acquisition plane was placed perpendicular to the artery of interest. Two repetitions of each placement were acquired from six volunteers. Additionally, two separate acquisitions were acquired for one subject. The images were velocity encoded in the z-direction (through-plane). Data was acquired over a given amount of cardiac phases using ECG triggering, dependent on the pulse of the volunteer. Postprocessing and calculation of blood flow rates from the phase contrast images was performed in MATLAB R2019b.
Based on rejection criteria connected to the shape of the time development of the blood flow rates (BFRs) and the shape of the ROIs, a selective (without rejected images) and total (with all acquired imags) data set was created and used for further calculations. BFRs in the ACAs and PCAs was significantly higher than literature values. Additionally, images of the ACAs were most frequently rejected based on the rejection criteria. The ACAs are thin arteries, making placement of the acquisition plane challenging. Decreasing the slice thickness for these arteries as well as decreasing the noise in the images may improve quantification of blood flow in the ACAs.
BFRs in the MCA coincide well with theory, indicating that this sequence is promising for quantification of blood flow in thicker arteries. However, there are technical aspects related to noise and ECG triggering that lower the reproduciability of the 2D phase contrast sequence. This can be seen as BFRs seem to vary greatly both among subjects, and between repetitions within each subject. In addition, placing the acquisition plane perpendicular to each artery of interest is time consuming and may be challenging, depending on the anatomy of the subject.
Quantification of blood flow from 2D phase contrast images is a promising method, however, there are several limitations connected to technical aspects that need to be further tested and improved to establish an optimized protocol for 2D phase contrast imaging.