Magnetresonanz-Tomografie in Echtzeit Jens Frahm Biomedizinische NMR Forschungs GmbH am Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie Göttingen www.biomednmr.mpg.de DGIM, Opinion Leader Meeting, 15. Januar 2016 Biomed NMR JF16/1 Magnetresonanz-Tomografie in Echtzeit 1984 2016 5 min = 300.000 ms 18 ms Biomed NMR JF16/2 Magnetresonanz-Tomografie in Echtzeit Etwas … Technisches … Naheliegendes … Neues & Unerwartetes … Herzhaftes … Zukünftiges DGIM, Opinion Leader Meeting, 15. Januar 2016 Biomed NMR JF16/3 Warum ist / war die MRT langsam? - Protonen - Magnetfeld - Radiofrequenz im UKW-Bereich - Räumliche Auflösung durch zusätzliche Magnetfelder Zwei Probleme - Viele Einzel-Messungen - Lange Wartezeiten Biomed NMR JF16/4 FLASH – Schnelle MRT Beschleunigung > 100-fach Schnelle Gradientenecho-MRT Keine Wartezeiten Anwendungen Schnelle Bildserien: 0.5 – 2 s EKG-synchronisierte Herzfilme Angiografie, Fluss, Suszeptibilität Dreidimensionale Aufnahmen J Frahm et al, Deutsches Patent P 3504734.8, 12. Februar 1985 Biomed NMR JF16/5 FLASH II – Echtzeit-MRT Beschleunigung > 10.000-fach Schnelle Gradientenecho-MRT Sehr wenige Einzel-Messungen Anwendungen MRT-Filme in Echtzeit: ≥ 10 ms Gelenkbewegungen, Schluck- und Sprechbewegungen, Herzfunktion, Blutfluss, Interventionelle MRT … J Frahm et al, US Patent 8,384,383 B2, March 23, 2010 Biomed NMR JF16/6 Echtzeit-MRT – Rekonstruktion als nichtlineares inverses Problem Daten y A Bild x M Uecker et al, NMR Biomed 23:986-994, 2010 Biomed NMR JF16/7 Echtzeit-MRT – Beschleunigte Berechnung Parallelisierung des NLINV Algorithmus Rechner mit 2 × 4 Grafikkarten Eigene GPU Programmbibliothek Volle Integration in ein kommerzielles MRT System (Siemens) Schaetz & Uecker, Lect Notes Comput Sci 7439:114-128, 2012 Biomed NMR JF16/8 Magnetresonanz-Tomografie in Echtzeit Etwas Naheliegendes … Gelenkuntersuchungen DGIM, Opinion Leader Meeting, 15. Januar 2016 Biomed NMR JF16/3 Echtzeit-MRT – Gelenke Handgelenk 20 Bilder pro Sekunde Kooperation: Seif & Gersdorff, Universitätsmedizin Göttingen Kiefergelenk 15 Bilder pro Sekunde Biomed NMR JF16/9 Echtzeit-MRT – Gelenke … mit Orthese Kniegelenk (Patella) 20 Bilder pro Sekunde Kooperation: OttoBock Healthcare, Duderstadt Biomed NMR JF16/10 Magnetresonanz-Tomografie in Echtzeit Etwas Neues & Unerwartetes … Schluckstörungen … Liquorfluss DGIM, Opinion Leader Meeting, 15. Januar 2016 Biomed NMR JF16/3 Echtzeit-MRT – Schluckvorgänge Normaler Schluckakt Schwere Dysphagie 25 Bilder pro Sekunde Kooperation: Olthoff, Beham & Ghadimi, Universitätsmedizin Göttingen Biomed NMR JF16/11 Echtzeit-MRT – Schluckvorgänge Speiseröhre Pförtnermuskel 25 Bilder pro Sekunde Kooperation: Olthoff, Beham & Ghadimi, Universitätsmedizin Göttingen Biomed NMR JF16/12 Echtzeit-MRT – Liquorfluss Einatmung ist die treibende Kraft für den Liquorfluss Einatmung Ausatmung S Dreha-Kulaczewski et al, J Neurosci 35:2485-2491, 2015 Biomed NMR JF16/13 Magnetresonanz-Tomografie in Echtzeit Etwas Herzhaftes … Herzfunktion … Blutfluss DGIM, Opinion Leader Meeting, 15. Januar 2016 Biomed NMR JF16/3 Echtzeit-MRT – Herzfunktion Vierkammerblick Kurzachsenblick 30 Bilder pro Sekunde Kooperation: Lotz & Hasenfuß, Universitätsmedizin Göttingen Biomed NMR JF16/14 Echtzeit-MRT – Herzerkrankungen Hypertrophe Kardiomyopathie Wandbewegungsstörung 30 Bilder pro Sekunde Kooperation: Lotz & Hasenfuß, Universitätsmedizin Göttingen Biomed NMR JF16/15 Echtzeit-MRT – Herzfunktion 100 Bilder pro Sekunde 100 Bilder pro Sekunde Zeitlupe: 30 Bilder pro Sekunde Biomed NMR JF16/16 Echtzeit-MRT – Blutfluss Aufsteigende Aorta, venc = 200 cm s-1 28 Bilder pro Sekunde Untenberger et al, Magn Reson Med, doi: 10.1002/mrm.25696, 2015 Biomed NMR JF16/17 Echtzeit-MRT – Aortenklappeninsuffizienz Aufsteigende Aorta, venc = 300 cm s-1 28 Bilder pro Sekunde Untenberger et al, Magn Reson Med, doi:10.1002/mrm.25696, 2015 Biomed NMR JF16/18 Echtzeit-MRT – Aortenklappeninsuffizienz Aufsteigende Aorta, venc = 300 cm s-1 Analyse von 12 Herzschlägen Herzrate = 54 ± 1 pro Minute Max. Geschwindigkeit = 259 ± 15 cm s-1 Herzschlag-Volumen = 55 ± 8 ml Herzpumpleistung = 3.0 ± 0.4 l min-1 Untenberger et al, Magn Reson Med, doi:10.1002/mrm.25696, 2015 Biomed NMR JF16/19 Echtzeit-MRT – Valsalva Manöver 106 cm/s 54 cm/s 6.1 l/min 1.3 l/min Automatische Auswertung: CAIPI Prototyp Software Kooperation: Fraunhofer Mevis, Bremen Biomed NMR JF16/20 Magnetresonanz-Tomografie in Echtzeit Etwas Zukünftiges … Quantitative Kartierungen … Modellbasierte Rekonstruktionen … “Interventionelle” MRT DGIM, Opinion Leader Meeting, 15. Januar 2016 Biomed NMR JF16/3 Echtzeit-MRT – Quantitative T1 Kartierung Bildserie nach Inversion (3 s) Diastolische T1-Karte Auflösung 1.0 mm, Messzeit 3 s Wang et al, J Cardiovasc Magn Reson, 2016 Biomed NMR JF16/21 Echtzeit-MRT – Quantitative T1 Kartierung Auflösung 1.3 mm, Messzeit 4 s Wang et al, The Open Med Imaging J 9:1-8, 2015 Biomed NMR JF16/22 Echtzeit-MRT – Quantitative T1 Kartierung Auflösung 0.75 mm, Messzeit 4 s Wang et al, The Open Med Imaging J 9:1-8, 2015 Biomed NMR JF16/23 Echtzeit-MRT – Modellbasierte Rekonstruktion Konventionell 28 Bilder pro Sekunde Tan et al, Magn Reson Med, 2016 Blutfluss Modellbasiert 39 Bilder pro Sekunde Biomed NMR JF16/24 Echtzeit-MRT – Brahms und Liquorfluss Brahms Symphonie Nr. 1, IV. Satz Piu Andante Kooperation: Iltis, Boston; Gillespie, Madison; Altenmüller, Hannover Biomed NMR JF16/25 Echtzeit-MRT – Interaktive Schichtführung D Voit et al, 2015 Biomed NMR JF16/26 Echtzeit-MRT – Dein ist mein Herz … DGIM, Opinion Leader Meeting, 15. Januar 2016 Biomed NMR JF16/27
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