Feasibility of High-Dose Dobutamine Stress SSFP Cine MRI at 3 Tesla with Patient Adaptive Local RF Shimming using Dual-Source RF Transmission: Initial Results

K. Strach; R. Clauberg; A. Müller; U. Wonneberger; C. P. Naehle; M. Kouwenhoven; J. Gieseke; H. H. Schild; D. Thomas

doi:10.1055/s-0032-1325403

RöFo - Fortschritte auf dem Gebiet der Röntgenstrahlen und der bildgebenden Verfahren, Inhaltsverzeichnis

Rofo 2013; 185(1): 34-39
DOI: 10.1055/s-0032-1325403

Herz

Feasibility of High-Dose Dobutamine Stress SSFP Cine MRI at 3 Tesla with Patient Adaptive Local RF Shimming using Dual-Source RF Transmission: Initial Results

Hochdosis-Dobutamin-Stress-Kardio-MRT mittels B-SSFP-Cine-Sequenzen bei 3T: erste Erfahrungen mit paralleler RF-Sendetechnik und B1-Shimming

Autor*innen

K. Strach

¹Radiologische Universitätsklinik, Rheinische Friedrich-Wilhelms Universität Bonn

²Klinik für Radiologie und Nuklearmedizin, Otto-von-Guericke-Universität, Magdeburg
R. Clauberg

¹Radiologische Universitätsklinik, Rheinische Friedrich-Wilhelms Universität Bonn
A. Müller

¹Radiologische Universitätsklinik, Rheinische Friedrich-Wilhelms Universität Bonn
U. Wonneberger

²Klinik für Radiologie und Nuklearmedizin, Otto-von-Guericke-Universität, Magdeburg
C. P. Naehle

¹Radiologische Universitätsklinik, Rheinische Friedrich-Wilhelms Universität Bonn
M. Kouwenhoven

³MR Clinical Science, Philips Healthcare
J. Gieseke

³MR Clinical Science, Philips Healthcare
H. H. Schild

¹Radiologische Universitätsklinik, Rheinische Friedrich-Wilhelms Universität Bonn
D. Thomas

¹Radiologische Universitätsklinik, Rheinische Friedrich-Wilhelms Universität Bonn

Abstract

Purpose: To investigate the feasibility of high-dose dobutamine stress (HDDS) imaging using SSFP sequences at 3 T employing patient-adaptive local RF-shimming using a dual-source RF transmission system.

Materials and Methods: 13 Patients underwent a HDDS protocol on a 3 T MRI scanner (Achieva 3.0T-TX, Philips Healthcare), equipped with a dual-source RF transmission system. SSFP cine sequences using patient-adaptive local RF-shimming (RF-S) were compared to cine images acquired without additional shimming. Image quality was evaluated on a 4-point grading scale and number of non-diagnostic segments assessed. Contrast (CN) between myocardium (SIM) and blood pool (SIB) was calculated [(SIB-SIM)/(SIB+SIM)].

Results: Image quality both at rest and maximum stress was significantly improved with RF-S (ED:3.56 ± 0.5 vs. 3.23 ± 0.63; ES:3.4 ± 0.5 vs. 3.1 ± 0.7) compared to no RF-S (ED:2.9 ± 0.72 vs. 2.15 ± 0.78; ES:2.64 ± 0.74 vs. 1.95 ± 0.76; p < 0.01). The amount of non-diagnostic segments was significantly reduced when using RF-S at rest and stress (3 vs. 39; 19 vs. 78, p < 0.05). All HDDS studies were diagnostic if performed with RF-S (n = 13/13) in comparison to conventional shimming (n = 5/13). Image contrast was improved for SSFP sequences with RF-S (0.53 ± 0.08) compared to conventional images (0.46 ± 0.09, p = 0.06).

Conclusion: Patient-adaptive local RF-shimming using a dual-source RF transmission system allows for reliable SSFP imaging in a clinical high-dose dobutamine stress protocol at 3 T. RF-S significantly improves image quality and reduces the number of non-diagnostic myocardial segments.

Zusammenfassung

Ziel: Evaluierung von Hochdosis-Dobutamin-Stress(HDDS)-Kardio-MRT mittels B-SSFP-Cine-Sequenzen bei 3 T mit paralleler RF-Sendetechnik und patientenadaptiertem lokalem Shimming des Radiofrequenzfeldes (B1-S).

Material und Methoden: 13 Patienten mit V. a. koronare Herzerkrankung (KHK) wurden an einem mit paralleler RF-Sendetechnik ausgestatteten 3T-MRT-System (Achieva 3T-TX, Philips Healthcare) untersucht. HDDS erfolgte mittels SSFP-Cine-Sequenzen in Ruhe (R) sowie auf jeder Belastungsstufe in der horizontalen (HLA), vertikalen langen (VLA) sowie kurzen Achse (SA) unter Einsatz von B1-S. Zum Vergleich wurden SSFP-Sequenzen mit identischen Parametern, jedoch ohne B1-S, in R und unter maximaler Belastung (Bmax) akquiriert. Die Bildqualität wurde mittels 4-Punkte Skala (4: exzellent; 1: nicht diagnostisch) end-diastolisch (ED) und end-systolisch (ES) bewertet und die Anzahl der nicht diagnostischen Segmente (17-Segment-Modell) ermittelt. Der Kontrast (CN) zwischen interventrikulärem Septum (SIM) und linksventrikulärem Kavum (SIB) wurde berechnet [(SIB-SIM)/(SIB+SIM)].

Ergebnisse: B1-S führte zu einer signifikanten Verbesserung der Bildqualität in Ruhe und unter B_max (ED:3,56 ± 0,5 vs. 3,23 ± 0,63; ES:3,4 ± 0,5 vs. 3,1 ± 0,7) im Vergleich zu Untersuchungen ohne B1-S (ED:2,9 ± 0,72 vs. 2,15 ± 0,78; ES:2,64 ± 0,74 vs. 1,95 ± 0,76; p < 0,01). Die Anzahl der nicht diagnostischen Segmente wurde durch den Einsatz von B1-S sowohl in R (3 vs. 39) als auch unter B_max (19 vs. 78, p < 0.05) signifikant reduziert. Alle HDDS-Untersuchungen mit B1-S waren diagnostisch (n = 13/13) im Vergleich zum herkömmlichen Ansatz (n = 5/13). Der Kontrast zwischen interventrikulärem Septum und linksventrikulärem Kavum mit Einsatz von B1-S (0,53 ± 0,08) war besser als ohne B1-S (0,46 ± 0,09, p = 0,06).

Schlussfolgerung: Parallele RF-Sendetechnik kombiniert mit B1-Shimming erlaubt die Durchführung von Hochdosis-Dobutamin-Stress-Untersuchungen mittels SSFP-Cine-Sequenzen bei 3 T. B1-S verbessert die Bildqualität und reduziert die Anzahl der nicht diagnostischen kardialen Segmente signifikant.

Key words

patient-adaptive local RF-shimming - high-dose dobutamine stress testing - cardiac MRI - 3.0 Tesla - steady state free precession sequences - dual-source RF transmission

Volltext

Referenzen

References
1 Davies RF, Goldberg AD, Forman S et al. Asymptomatic Cardiac Ischemia Pilot (ACIP) study two-year follow-up: outcomes of patients randomized to initial strategies of medical therapy versus revascularization. Circulation 1997; 95: 2037-2043 . Epub 1997/04/15
2 Hachamovitch R, Hayes SW, Friedman JD et al. Comparison of the short-term survival benefit associated with revascularization compared with medical therapy in patients with no prior coronary artery disease undergoing stress myocardial perfusion single photon emission computed tomography. Circulation 2003; 107: 2900-2907 . Epub 2003/05/29
3 Shaw LJ, Berman DS, Maron DJ et al. Optimal medical therapy with or without percutaneous coronary intervention to reduce ischemic burden: results from the Clinical Outcomes Utilizing Revascularization and Aggressive Drug Evaluation (COURAGE) trial nuclear substudy. Circulation 2008; 117: 1283-1291 . Epub 2008/02/13
4 Wijns W, Kolh P, Danchin N et al. Guidelines on myocardial revascularization. Eur Heart J 2010; 31: 2501-2555 . Epub 2010/08/31
5 Bellenger NG, Davies LC, Francis JM et al. Reduction in sample size for studies of remodeling in heart failure by the use of cardiovascular magnetic resonance. J Cardiovasc Magn Reson 2000; 2: 271-278
6 Grothues F, Smith GC, Moon JC et al. Comparison of interstudy reproducibility of cardiovascular magnetic resonance with two-dimensional echocardiography in normal subjects and in patients with heart failure or left ventricular hypertrophy. Am J Cardiol 2002; 90: 29-34
7 Nagel E, Lehmkuhl HB, Bocksch W et al. Noninvasive diagnosis of ischemia-induced wall motion abnormalities with the use of high-dose dobutamine stress MRI: comparison with dobutamine stress echocardiography. Circulation 1999; 99: 763-770
8 Schar M, Kozerke S, Fischer SE et al. Cardiac SSFP imaging at 3 Tesla. Magn Reson Med 2004; 51: 799-806
9 Mueller AW, Naehle CP, Nelles M et al. Clinical CMR at 3.0 Tesla using parallel RF transmission with patient-adaptive B I shimming: inital experience. Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance 2010; 12: 72
10 Cunningham CH, Pauly JM, Nayak KS. Saturated double-angle method for rapid B1+ mapping. Magn Reson Med 2006; 55: 1326-1333 . Epub 2006/05/10
11 Watkins S, McGeoch R, Lyne J et al. Validation of magnetic resonance myocardial perfusion imaging with fractional flow reserve for the detection of significant coronary heart disease. Circulation 2009; 120: 2207-2213
12 Kelle S, Hamdan A, Schnackenburg B et al. Dobutamine stress cardiovascular magnetic resonance at 3 Tesla. J Cardiovasc Magn Reson 2008; 10: 44
13 Wansapura J, Fleck R, Crotty E et al. Frequency scouting for cardiac imaging with SSFP at 3 Tesla. Pediatric radiology 2006; 36: 1082-5 . Epub 2006/07/11
14 Dietrich O, Reiser MF, Schoenberg SO. Artifacts in 3-T MRI: physical background and reduction strategies. Eur J Radiol 2008; 65: 29-35 . Epub 2007/12/29
15 Vernickel P, Roschmann P, Findeklee C et al. Eight-channel transmit/receive body MRI coil at 3T. Magn Reson Med 2007; 58: 381-389 . Epub 2007/07/27
16 Ullmann P, Junge S, Wick M et al. Experimental analysis of parallel excitation using dedicated coil setups and simultaneous RF transmission on multiple channels. Magn Reson Med 2005; 54: 994-1001 . Epub 2005/09/13
17 Zhu Y. Parallel excitation with an array of transmit coils. Magn Reson Med 2004; 51: 775-784 . Epub 2004/04/06
18 Yarnykh VL. Actual flip-angle imaging in the pulsed steady state: a method for rapid three-dimensional mapping of the transmitted radiofrequency field. Magn Reson Med 2007; 57: 192-200 . Epub 2006/12/28
19 Hajnal J, Malik S, Larkman D et al. Initial Experience with RF Shimming at 3T Using a Whole Body 8 Channel RF System. Proc Intl Soc Mag Reson Med 2008; 16: 496
20 Wiesinger FM G, Lange D et al. Evaluation of parallel transmit RF-shimming for 3 tesla whole-body imaging. Proc Intl Soc Mag Reson Med 2007; 16: 3352
21 Willinek WA, Gieseke J, Kukuk GM et al. Dual-source parallel radiofrequency excitation body MR imaging compared with standard MR imaging at 3.0 T: initial clinical experience. Radiology 2010; 256: 966-975 . Epub 2010/08/20
22 Kubach MR, Bornstedt A, Hombach V et al. Cardiac phase-specific shimming (CPSS) for SSFP MR cine imaging at 3 T. Physics in medicine and biology 2009; 54: N467-N478 . Epub 2009/09/26