Intraindividual Comparison of Image Quality in MR Urography at 1.5 and 3 Tesla in an Animal Model

Zusammenfassung

Ziel: Tierexperimenteller Vergleich der Bildqualität des oberen Harntrakts in der MR-Urografie bei 1,5 und 3 Tesla am Schweinemodell. Material und Methoden: In dieser Studie wurden 4 gesunde Hausschweine mit einem Gewicht zwischen 71 und 80 kg (Mittelwert 73,6 kg) mittels einer Standard-T1w-3-D-GRE-Sequenz und einer höher auflösenden (HR-)T1w-3-D-GRE-Sequenz bei 1,5 und 3 Tesla untersucht. Zusätzlich wurden beide Sequenzen bei 3 Tesla mithilfe der parallelen Bildgebung akquiriert (SENSE-Faktor 2). Die Durchführung der MR-Urografie erfolgte nach intravenöser Injektion von Gadolinium-DTPA (0,1 mmol/kg Körpergewicht [KG]) und niedrig dosierter Furosemidgabe (0,1 mg/kg KG). Die Auswertung der Bilddaten erfolgte durch zwei unabhängige, gegenüber Sequenzparametern und Feldstärke geblindete, Radiologen. Die Bildanalyse beinhaltete die Beurteilung der Bildqualität des segmentierten oberen Harntrakts, der eine 5-Punkte-Skala zugrunde lag, welche die Abgrenzbarkeit der anatomischen Strukturen und die Überlagerung durch Artefakte berücksichtigte (1: Segment mehrheitlich nicht abgrenzbar [> 50 %] oder durch ausgeprägte Artefaktentstehung überlagert; 5: Scharfe Abgrenzbarkeit des vollständig abgebildeten Segmentes ohne nachweisbare Artefakte). Das Signal-zu-Rausch- (SNR-Verhältnis) und Kontrast-zu-Rausch-Verhältnis (CNR-Verhältnis) wurde bestimmt. Die statistische Analyse beinhaltete κ-Statistik, Wilcoxon-Test und den gruppierten Student-t-Test. Ergebnisse: Der mittlere Punktwert für die MR-Urografien bei 1,5 Tesla betrug 2,83 für die T 1w-3-D-GRE-Sequenz bzw. 3,48 für die HR T 1w-3-D-GRE-Sequenz. Signifikant höhere Werte wurden für die vergleichbaren Sequenzen bei 3 Tesla bestimmt, diese betrugen 3,19 für die T 1w-3-D-GRE (p = 0,047) sowie 3,92 für die HR T 1w-3-D-GRE-Sequenz (p = 0,023). Die Detailerkennbarkeit des NBKS wurde bei 3 Tesla signifikant besser bewertet als bei 1,5 Tesla (3-D-GRE: p = 0,015; HR 3-D-GRE: 0,006). Bei 3 Tesla waren SNR und CNR signifikant höher (p < 0,05). Beide Auswerter zeigten eine gute Übereinstimmung in der Beurteilung der Bildqualität (κ = 0,67). Schlussfolgerung: Im Tierexperiment ermöglichte die MR-Urografie bei 3 Tesla eine signifikante Steigerung der Bildqualität und des SNR verglichen mit 1,5 Tesla, insbesondere für die Abbildung des Nierenbeckenkelchsystems.

Abstract

Purpose: Experimental evaluation of image quality of the upper urinary tract in MR urography (MRU) at 1.5 and 3 Tesla in a porcine model. Materials and Methods: In this study four healthy domestic pigs, weighing between 71 and 80 kg (mean 73.6 kg), were examined with a standard T 1w 3D-GRE and a high-resolution (HR) T 1w 3D-GRE sequence at 1.5 and 3 Tesla. Additionally, at 3 Tesla both sequences were performed with parallel imaging (SENSE factor 2). The MR urographic scans were performed after intravenous injection of gadolinium-DTPA (0.1 mmol/kg body weight (bw)) and low-dose furosemide (0.1 mg/kg bw). Image evaluation was performed by two independent radiologists blinded to sequence parameters and field strength. Image analysis included grading of image quality of the segmented collecting system based on a five-point grading scale regarding anatomical depiction and artifacts observed (1: the majority of the segment (> 50 %) was not depicted or was obscured by major artifacts; 5: the segment was visualized without artifacts and had sharply defined borders). Signal-to-noise (SNR) and contrast-to-noise (CNR) ratios were determined. Statistical analysis included κ-statistics, Wilcoxon and paired student t-test. Results: The mean scores for MR urographies at 1.5 Tesla were 2.83 for the 3D-GRE and 3.48 for the HR 3D-GRE sequence. Significantly higher values were determined using the corresponding sequences at 3 Tesla, averaging 3.19 for the 3D-GRE (p = 0.047) and 3.92 for the HR 3D-GRE (p = 0,023) sequence. Delineation of the pelvicaliceal system was rated significantly higher at 3 Tesla compared to 1.5 Tesla (3D-GRE: p = 0.015; HR 3D-GRE: p = 0.006). At 3 Tesla the mean SNR and CNR were significantly higher (p < 0.05). A κ of 0.67 indicated good interobserver agreement. Conclusion: In an experimental setup, MR urography at 3 Tesla allowed for significantly higher image quality and SNR compared to 1.5 Tesla, particularly for the visualization of the pelvicaliceal system.

kidney - urography - magnetic resonance - gadopentetate dimeglumine - furosemide

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