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Health Professionals Magazine
HPM 2014; 2(2):75-80 DOI: 10.12864/HPM.2014.125
Articolo speciale
Tubercolosi & Fumo di Tabacco:
problema immunitario ma non solo
Ottimizzazione e rielaborazione della sequenza 3D PC VIPR
“Vastly Undersampled
Isotropic
Projection
Tuberculosis
& tobacco
smoke: Imaging”
immune problem but not only
Optimization and reworking of the sequence 3D PC VIPR
Pironti Projection Imaging”
“Vastly UndersampledPaola
Isotropic
U.O. di Pneumotisiologia Territoriale, AUSL di Bologna
1
1
2
Società Italiana
di Tabaccologia,
C. Parisi, 1S. Maggio,
A. Pasta,
C. Caruso,SITAB
C. Tico, 3F. Longo
1
Istituto Mediterraneo per i Trapianti e Terapie ad Alta Specializzazione (ISMETT), Palermo, Italy; 2Centro Cura
e Salute S.R.L Platamona (Sassari); 3U.O. Di Neuroradiologia Ospedale Civico e Benfratelli, Palermo
1
Riassunto
In questo studio abbiamo valutato le differenze dei dati ottenuti nelle sequenze 3D PC VIPR “Vastly Undersampled Isotropic Projection Imaging” e proponiamo adeguamenti nell`acquisizione e nella ricostruzione delle immagini,
in modo da poter correggere gli errori legati sia ad effetti di off-resonance e sia alla presenza di errori di traiettoria
dovuti all’aumento di linee radiali del k spazio. La significativa ottimizzazione riguardante la qualità dell’immagine e
l’efficienza nell’acquisizione è stata conseguita attraverso l’uso di specifici algoritmi di ricerca che hanno consentito
la modifica dell’architettura della sequenza; tali risultati sono stati raggiunti in esami cardio sincronizzati, per lo studio delle resistenze del sistema portale in pazienti sottoposti al posizionamento del TIPS “Transjugular Intrahepatic
Portosystemic Shunt ”.
La sequenza è stata eseguita in venti pazienti e ripetuta due volte su ciascun paziente, ovvero la prima è stata
eseguita con parametri di set-up nativi senza l’uso di nessuno algoritmo, la seconda invece, con l’ausilio di algoritmi
di ricerca EPIC “Pulse Sequence Programming Environment in C++” e Control Variables “Ge Helthcare inc”. Questi,
agendo sulla forma di linearità dei gradienti, variano la modulazione della corrente in bobina, la quale è responsabile
in questo tipo di sequenza con riempimento radiale sotto campionato, della presenza di errori legati ad effetti di
off-resonance. Le modifiche apportate hanno permesso una maggiore efficienza nella detezione dei flussi, una migliore resa nell’uso dell’imaging parallelo autocalibrante, e soprattutto la possibilità di aumentare le linee radiali del
k-spazio, le quali permettono di poter campionare più dettagliatamente le strutture vasali del sistema portale.
Parole chiave: kspazio, proiezione isotropica, sequenza 3D PC VIPR
Abstract
Optimization and reworking of the sequence 3D PC VIPR “Vastly Undersampled Isotropic Projection Imaging”
In this study, we evaluated the differences in the sequences of the data obtained 3D PC VIPR “Vastly undersampled Isotropic Projection Imaging” and propose adjustments in the `acquisition and reconstruction of images, so you
can correct the errors is related to the effects of off-resonance and both to the presence of errors of trajectory due
to the increase of radial lines of the k space. The significant optimization on the image quality and the efficiency of
the acquisition was achieved through the use of specific search algorithms that allowed changing the architecture of
the sequence; these results were achieved in tests cardio synchronized, for the study of the resistance of the portal
system in patients undergoing TIPS placement “transjugular Intrahepatic Portosystemic Shunt”.
Copyright © Società Editrice Universo (SEU)
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Health Professionals Magazine 2, 2, 2014
The sequence was performed in twenty patients and repeated twice on each patient, which is the first was performed with parameters set-up without the use of any native algorithm, while the second, with the aid of search
algorithms EPIC “Pulse Sequence Programming Environment in C + +”, and Control Variables “Ge Helthcare inc.”
These, by acting on the form of linearity of the gradients, vary the modulation of the current in the coil, which is
responsible for this type of sequence with radial fill under championship, the presence of errors due to the effects of
off-resonance. The changes have resulted in greater efficiency in the detection of flows, a better yield in the use of
parallel self-calibrating, and especially the possibility of increasing the radial lines of k-space, which allow you to be
able to sample in more detail the vascular structures of the portal system.
Key words: kspazio, isotropic projection, 3D PC VIPR sequence
Introduzione
La sequenza 3D Phase Contrast con campionamento radiale permette di ottenere immagini
angiografiche ad alta risoluzione spaziale e dati
relativi alla velocità dei flussi, con tempi di acquisizione ridotti. Tuttavia questa sequenza e`
molto sensibile all`effetto blurring e agli artefatti
dovuti ad errori off-resonance a causa del tipo
di riempimento del kspazio e dal tipo di ricostruzione, ovvero la projection reconstraction.
La sequenza utilizza una traiettoria radiale e
un metodo di ricostruzione sottocampionato,
questa è solitamente affetta da errori di off
resonance dovuti all’aumento delle linee radiali
del kspazio, i quali comportano un notevole aumento degli effetti da correnti spurie generate
nella fase di lettura. Abbiamo comparato i dati
acquisiti sui pazienti con patologia da insufficenza portale, si e` notato un netto miglioramento
della qualità` delle immagini tramite l’utilizzo
di plug-in di ricerca che hanno consentito una
migliore modulazione della corrente in bobina.
I risultati dimostrano un significativo miglioramento nella visualizzazione dei vasi, con tempi
di acquisizione brevi, senza compromettere la
qualità` delle immagini(10,11).
La sequenza 3D PC VIPR applica la codifica
della velocità nelle tre dimensioni spaziali, essa
costituisce un metodo efficace per l’imaging vascolare, in grado di fornire un’ottima valutazione
anatomica ma soprattutto una misura quantitativa della velocità, senza l’uso del mezzo di contrasto. Inoltre, possono essere estrapolate importanti informazioni emodinamiche attraverso
Sigle
EPIC: Pulse Sequence Programming Environment in C++
VIPR: Vastly Undersampled Isotropic Projection Imaging
PC: Phase Contrast
CV’s: Control Variables
FIESTA: Fast Imaging Employing Steady State Acquisition
VENC: Velocity Encoding
il post-processing dei dati acquisiti, ad esempio
misure quantitative di flusso possono essere calcolate in maniera retroprospettica con ricostruzioni oblique, evitando la difficoltà della misura
prospettica che si manifesta nella sequenza 2D
PC, oppure le misure inerenti lo stress di parete
a picco e la relativa pressione.
Nonostante le numerose informazioni diagnostiche disponibili con la 3D PC VIPR, il suo
utilizzo clinico è stato ostacolato a causa dei
tempi di acquisizioni relativamente lunghi e
la presenza di artefatti correlati al flusso. Per
far sì che la 3D PC VIPR diventi una soluzione
clinica praticabile, è necessario che i tempi di
acquisizione vengano ridotti e ciò è stato ottenuto attraverso l’ottimizzazione del protocollo
da utilizzare per anatomie contenenti vasi più
grandi, che di solito richiedono tempi di acquisizioni ancora più lunghi. Una soluzione per
diminuire i tempi di acquisizione è l’utilizzo di
tecniche di parallel imaging che generalmente
permettono un`accelerazione nell`acquisizione
di un fattore dell`ordine 2-4 ma che possono
condurre ad un’addizionale degradazione del
rapporto segnale-rumore. Un altro approccio
è ridurre il sotto campionamento dello spazio
K con la conseguente riduzione dell’artefatto
di flusso.
Nelle valutazioni dei vasi portali, le immagini 3D VIPR PC hanno in passato sofferto
dell`incompleta sottrazione dei tessuti statici,
con artefatti da sotto campionamento e da
blurring. Le indagini iniziali hanno identificato gli
errori da off-resonance e da traiettorie come le
più probabili cause di questi artefatti, entrambi
ben documentati.
Materiali e Metodi
Lo studio con l'impiego della sequenza 3D PC
VIPR è stato eseguito su venti pazienti con insufficenza del sistema portale, causata da cirrosi
avanzata. La sequenza 3D PC VIPR è stata eseguita su Scanner Signa HDXT 1.5 T (GE Healtcate
Inc. USA) con software dedicato alla ricerca EPIC
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Ottimizzazione e sviluppo di sequenze di risonanza magnetica
“Pulse Sequence Programming Environment in
C++”��������������������������������������������
, la sequenza è fornita in licenza straordinaria dalla University Of Wisconsin – Madison,
proprietaria del brevetto VIPR n° US7917189 B2,
la bobina utilizzata è una phase array 12 canali
(NeoCoil, Pewaukee , WI)(10,11).
Le immagini sono state acquisite in sezione
obliqua, trasversa al piano della vena porta e
mediante sincronizzazione della frequenza cardiaca. I parametri di scansione utilizzati sono:
FOVx 360mm; FOVy 360mm; matrice di acquisizione 256x192; slice thickness 5,0 mm; slice slab
86; n° di proiezioni per medie di segnale: 1.500
Proiezioni x 16 NEX; il tempo di acquisizione è
pari a 1,22 minuti, con apnee frazionate da 16
secondi ciascuna in quanto l’acquisizione 3D è
divisa in circa 7 partizioni; utilizzo di imaging
parallelo ARC (Autocalibrating Reconstruction
for Cartesian Imaging). ��������������������������
I Tools di ricerca utilizzati: CV1 “MaxellCorrection”; CV2 “Fixed_acqs
for Adjust TR”; CV3 ”Maxell Term reduce Eddy
current”(4,8,9).
La sequenza 3D PC VIPR è rappresentativa
della famiglia delle Rapid Acquisition GRE che
impiega la tecnica radiale e la ricostruzione del
kspazio chiamata projection reconstraction, la
quale utilizza un metodo di sotto campionamento dello spazio K considerando l’angolo di fase
di ogni singolo vaso, acquisito in una superficie
sferica in uno spazio isotropico.
La traiettoria per una proiezione isotropica
del K spazio sfrutta il sotto campionamento dei
dati come in figura 1.
Figura 1. Rappresentazione isotropica del riempimento del
Kspazio dove l’intervallo di campionamento è espresso da
∆Kϕ e ∆Kθ, rappresentativi degli angoli di fase dei vasi
campionati in un numero finito di proiezioni radiali (1,19).
Figure 1. Representation isotropic filling the Kspazio where
the sampling interval is expressed by, and representative of
the phase angles of the vessels sampled in a finite number
of radial projections (1,19).
Figura 2. Schema isotropico della fase degli angoli di sotto
campionamento radiale espressa dalla formula P r (r, θ, φ)
che rappresentano i valori di proiezione Radon del periodo
di tempo e le immagini composite per il piano (r, θ, φ), N è
proiezioni (1,19).
Figure 2. Scheme isotropic phase angles under sampling
radial expressed by the formula P r (r, θ, φ) representing
the values of Radon projection of the period of time and
the composite images for the plane (r, θ, φ), N is projected
(1,19).
Risultati
Una scelta importante riguarda il rapporto di
sotto campionamento, ovvero il numero totale
di proiezioni utili per il tipo di scansione e vaso
studiato(1,19).
Il numero totale di proiezioni corrisponde al
numero di linee radiali, e in questo tipo di sequenza rappresenta il numero d’intervalli di applicazione del gradiente di lettura (GX), infatti le
coordinate sferiche di ciascuna proiezione sono
scelte in modo che ogni eccitazione acquisisce
un angolo uguale a tutti gli angoli delle singole
acquisizioni radiali contenute nel volume di
acquisizione. La posizione di ogni proiezione è
impostata in modo tale che ogni regione sotto
campionata del k-spazio non si allinei con le
altre in modo da non interlacciarsi tra di loro e
creare effetti da blurring.
Ogni punto del k spazio è ponderato per
l’inverso del quadrato rispetto alla posizione del
campionamento, alla fine tutti i dati subiscono
un processo di regridding in una griglia cartesiana, la quale ha dimensioni 2 volte più grande
rispetto il volume di rilevamento(17,18).
L’architettura della 3D PC VIPR, come in Fig.3,
è composta dall’applicazione di selezione di
strato non selettiva con l’utilizzo di un impulso
rettangolare e l’applicazione di un gradiente
spoiler che distrugge velocemente la compo-
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nente residua della magnetizzazione trasversa. Inoltre è caratterizzata dall’applicazione dei
gradienti B-polari in tutti gli assi logici, GZ, GY e
GX(17,18). La durata e l’intervallo di applicazione
è impostato da un parametro chiamato VENC
“Velocity Encoding”, che stabilisce il range di
lettura del segnale degli spin dinamici da parte
dell’applicazione dei gradienti B-Polari. Vista
l’applicazione di gradienti B-polari in tutti gli assi
logici, la VENC viene stabilita in modo duale, ovvero le velocità di intervallo di applicazione dei
gradienti viene impostata sia per GZ che per GY,
e sarà quest’ultimo a dare la posizione di vettori
di flusso in base alle linee sotto campionate utilizzate per il riempimento del K spazio. La lettura
del segnale è caratterizzata dalla posizione degli
angoli di fase delle singole acquisizioni radiali,
queste informazioni sono lette con l’attivazione del gradiente di codifica di frequenza ed il
gradiente di codifica di fase rimanendo sempre
accesi in modo tale che GX, rifasa e defasa le
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magnetizzazioni provenienti dalle eccitazioni
sotto campionate(6,14).
I piani di scansione per la vena porta sono
stati eseguiti dopo una corretta localizzazione
sugli assi longitudinali mediante sequenze SSFP
FID + ECHO bilanciate (FIESTA), come in Fig. 4.
Il campionamento attraverso la sequenza 3D
PC VIPR è stato eseguito in diverse localizzazioni
della vena porta, al fine di rilevare il flusso circolante in ogni punto della stessa come mostrato
in figura 5.
Il campionamento nel vaso portale è stato
eseguito in 14 punti con sezione assiali del vaso.
Dopo l’acquisizione le immagini acquisite
sono state post elaborate mediante software
Angiograms Velocity, i cui risultati sono stati
calcolati a partire dai dati di velocità delle immagini ricostruite in magnitudo per 14 intervalli
di tempo. La segmentazione è stata performata
utilizzando il software di segmentazione commerciale (MIMICS, Materialise, Leuven , Belgio);
Figura 3. Rappresentazione diagramma
temporale 3D PC VIPR (6,14).
Figure 3. Representation timing diagram
3D PC VIPR (6,14).
Figura 4. a) Sistema di localizzazione obliqua assiale mediante sequenza 2D FIESTA, b)
sezione obliqua vena porta.
Figure 4. a) oblique axial location system using 2D FIESTA
sequence, b) section oblique
vein.
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Ottimizzazione e sviluppo di sequenze di risonanza magnetica
Figura 5. Rappresentazione
grafica dei punti di campionamento della sequenza 3D PC VIPR della vena porta ricostruita
con software MIMICS (2,7).
Figure 5. Graphical representation of the sampling points of
the sequence 3D PC VIPR vein
reconstructed with software
MIMICS (2,7).
mentre le immagini segmentate sono stati importate in un software di visualizzazione per
analizzare il campo di velocità tramite software
(Ensight, CEI, Apex, NC)(2,7).
Attraverso questo post processing i dati ricavati dalla projection reconstraction hanno definito la posizione di ogni spin di flusso che è stato
detettato lungo la superfice sferica del vaso, ottenendo così tutte le posizioni in ogni punto dello
stesso. Da tale campionamento si sono estrapolate le infomazioni emodinamiche come la velocità
espressa in cm/sec, la portata in ml/min, e grazie
all’isotropicità dell’acquisizione si possono ricavare dati più sensibili per la conversione della
velocità in pressione, espressa in mm/hg(5).
Discussione
Gli artefatti off resonance possono essere ridotti limitando la durata della finestra di
a
Magnitudo
lettura del segnale attraverso la modulazione
della corrente in bobina, questo provoca una
più efficacia detezione del segnale durante il
campionamento, con un incremento del SNR e
diminuzione di errori da deviazioni delle traiettorie del K spazio(13,16).
Ma soprattutto abbiamo notato che a causa
del tipo di campionamento, all’aumentare delle
linee radiali sotto campionate aumentano gli
effetti da off-resonance, dovuti al fatto che il
segnale letto in bobina non è efficacemente
modulato(12,15).
Per ovviare a tale problematica abbiamo
utilizzato i sistemi di compensazione da eddy
current mediante Plug-in di ricerca utilizzando
l’algoritmo dedicato EPIC per la modifica ed
implementazione della sequenza, consentendo una conversione più affidabile dell’energia
trasmessa in bobina, e la notevole diminuzione
degli effetti di off resonace introdotti in questa
tipologia di sequenza a riempimento isotropico
4D VIPR Reconstraction
b
Figura 6. a) Rappresentazione in assiale della vena porta pesata in magnitudo, b)Ricostruzione 4D rappresentativa della
vettografia del flusso portale.
Figure 6. a) Representation in the axial vein weighted magnitude, 6b) Reconstruction of 4D representative of vettografia
portal flow.
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sotto campionato, con la possibilità di poter aumentare le linee radiali dello spazio K(3,7).
Conclusioni
Lo studio svolto con l’uso della sequenza 3D
PC VIPR nella detezione del flusso della vena
porta ha evidenziato la forte capacità che assume tale sequenza per la visualizzazione del flusso e la migliore capacità di estrapolazione dei
dati relativi ad esso, come la velocità espressa
in cm/sec, ed inoltre la capacità di codifica della
direzione del flusso in maniera vettografica. In
questo esperimento si è riuscita ad editare la
sequenza diminuendo gli effetti di off resonace,
tramite la modulazione della corrente in bobina
dimostrando l’assoluta affidabilità che assume
questa sequenza nella valutazione dei flussi rispetto alle classiche sequenze PC 3D e PC 2.
Dichiarazione di conflitto di interesse
Gli autori dichiarano di non aver ricevuto alcun
finanziamento per il seguente studio e di non aver alcun interesse finanziario nell’argomento trattato o nei
risultati ottenuti.
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Corrispondenza e richiesta estratti:
Dott. Carmelo Parisi
MRI Educator Specialist MR, ISMETT,
[email protected]