Bildqualität und Umsetzbarkeit der mDixon Methode bei peripherer arterieller Verschlusskrankheit in der 3 Tesla Magnetresonanztomographie

Abstract

Hintergrund: Die periphere arterielle Verschlusskrankheit (pAVK) stellt eine Erkrankung der Gefäße mit einer hohen Prävalenz dar und geht für die Patienten mit einer erhöhten Morbidität und Mortalität einher. Um die Komplikationen invasiver Methoden zu vermeiden, hat die nicht- invasive Bildgebung mittels Magnetresonanz-angiographie (MRA) einen hohen Stellenwert in der Diagnostik und Therapieplanung. Bei der klassischen Methode werden die Bilder in drei Tischpositionen (abdominell, Oberschenkel, Unterschenkel) vor und nach einmaliger Kontrastmittelgabe erstellt und anschließend voneinander subtrahiert. Hierbei kann es zu einer Einschränkung der Bildqualität durch Bildrauschen, sowie Patientenbewegungen zwischen den Aufnahmen kommen. Bei der modifizierten Dixon Methode (mDixon) erfolgt eine Unterdrückung des Hintergrundes da-gegen durch Auslöschung des Fett- Signals. Die Methode konnte bereits erfolgreich bei einer Feldstärke von1,5 T angewendet werden. Ob diese Methode trotz der möglicherweise erhöhten Anfälligkeit für Artefakte und bei im klinischen Alltag sinnvollen Bildgebungsparametern auch bei 3 T eine gute Bildqualität liefert, ist dagegen unklar.

Methodik: Zehn Patienten mit entsprechender klinischer Indikation wurden mit beiden Methoden in einem 3 Tesla (T) Scanner untersucht und hinsichtlich subjektiver Bildqualität be-wertet. Hierzu wurden 23 klinisch relevante Gefäßabschnitte im Vorfeld definiert und von zwei unabhängigen Untersuchern ausgewertet. Ergänzend wurde die Übereinstimmung der Ergebnisse unter den Untersuchern gemessen. Als objektive Parameter der Bildqualität wurden das Signal-zu-Rausch Verhältnis (SNR), sowie der Kontrast zwischen Gefäß und Hintergrund (VBC) an jeweils 3 Punkten pro Segment ausgewertet. Zur Auswertung des Kontrastes wurde ein semi- automatisierter Prozess mit eigens programmiertem Algorithmus verwendet.

Ergebnisse: Alle Patienten konnten erfolgreich gescannt werden. Die Bildqualität der mDixon Methode war bei 3 T durchgehend diagnostisch und in allen Tischpositionen besser als bei der klassischen Subtraktionsmethode. Eine relevante Zunahme von Artefakten zeigte sich nicht. Die Übereinstimmung zwischen den Untersuchern war bei der mDixon Methode in allen Tischpositionen signifikant verbessert. Das SNR zeigte sich gegenüber der klassischen Methode insgesamt, sowie abdominell und im Oberschenkelbereich signifikant verbessert und nahe an den theoretisch zu erreichenden Werten. Der VBC nahm insgesamt, sowie abdominell und im Oberschenkelbereich signifikant zu. Der erstellte Algorithmus konnte bei allen Patienten erfolgreich angewendet werden.

Schlussfolgerung: Die mDixon Methode liefert auch bei 3 T unter klinisch sinnvollen Bildgebungsparametern eine subjektive und objektive Verbesserung der Bildqualität und zeigt eine hohe Übereinstimmung zwischen verschiedenen Untersuchern. Der Effekt ist ausgeprägter bei den proximalen Gefäßabschnitten. Die Implementierung semi-automatischer Auswertungsalgorithmen war erfolgreich und könnte potentiell die Auswertung großer Datenmengen erleichtern.

Background: Peripheral arterial disease constitutes a disease with a high prevalence and is associated with an increased morbidity and mortality for patients. To avoid the complications of invasive methods, noninvasive imaging using magnetic resonance angiography (MRA) is highly valued in diagnosis and treatment planning. For the classical method, images are obtained in three table positions (abdominal, upper leg, lower leg) before and after a single administration of contrast agent and then subtracted. Here, image quality may be limited by noise propagation, as well as patient movement between images. For the modified Dixon method (mDixon), on the other hand, background suppression is achieved by canceling out the fat signal. This method has already been successfully applied at 1.5 T field strength. However, it is unclear whether this method also provides good image quality at 3 T despite a possibly increased susceptibility to artifacts and with imaging parameters that are useful in clinical practice.

Methods: Ten patients with an appropiate clinical indication were examined with both methods at 3 T and evaluated concerning subjective image quality. For this purpose, 23 clinically relevant vessel segments were defined in advance and evaluated by two independent examiners. In addition, the agreement between the examiners was measured. As objective parameters of image quality, the signal-to-noise ratio (SNR), as well as the contrast between vessel and background (VBC) were evaluated at 3 points per segment. A semi-automated process with a custom programmed algorithm was used to evaluate the contrast.

Results: All patients were successfully scanned. The image quality of the mDixon method was consistently diagnostic at 3T and better than for the classical subtraction method in all table positions. There was no relevant increase in artifacts. Inter-observer agreement was significantly improved with the mDixon method in all table positions. SNR was significantly improved compared to the classical method, with abdominal and thigh regions nearly reaching theoretically achievable values. The VBC increased significantly overall, as well as abdominal and in the thigh region. Our algorithm could be successfully applied in all patients.

Conclusion: The mDixon method provides a subjective and objective improvement in image quality at 3T, using clinically meaningful imaging parameters. It shows high agreement between different examiners. The effect is more prominent in proximal vessel sections. The implementation of semi-automatic evaluation algorithms was successful and could potentially facilitate the evaluation of large data sets.