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呼吸和自由呼吸量评估二元体积和函数使用压缩SENSE:儿童与青年临床验证

抽象性

后台

阻塞稳态免割成像完全可以评估双目容量和功能,但屏住短时或无屏住对子和重病或沉入静脉病人有利

方法论

2019年9月至2019年10月的临床心电磁共振测试中包括屏蔽和自由呼吸器内含结构正常的病人可执行一致性BHs偏差流由相向获取用作为左心室中风量的参考比较分析用于评价双目容量和函数、图像时间、量化图像质量和定性图像评分

结果

26名病人在研究期间全部三次扫描16.7+6.4年,身体表面1.6+0.4m2心率83+7bet/min8+1s加C-SENSE=3短得多公元前< 0.001)比12+1s和SENSE=2BHSENSE实际扫描时间(4.9+1.2分钟)与FBC-SENSE相似(5.2++1.5分钟);公元前=NS)双向中风体积和弹出分量,使用所有三大序列计算LV质量是相似的小数点但统计上很重要(参众参赛者参赛者参赛者参赛者参赛者参赛者参赛者参赛者参赛者参赛者参赛者参赛者参赛者参赛者参赛者参赛者参赛者参赛者参赛者参赛者参赛者参赛者参赛者参赛者参赛者参赛者参赛者参赛者参赛者参赛者公元前0.05LV端对流体积差(-3.0+6.8ml)BHSENSE和FBC-SENSE小数点但统计上很重要(参众参赛者参赛者参赛者参赛者参赛者参赛者参赛者参赛者参赛者参赛者参赛者参赛者参赛者参赛者参赛者参赛者参赛者参赛者参赛者参赛者参赛者参赛者参赛者参赛者参赛者参赛者参赛者参赛者参赛者参赛者公元前端对流LV(-5.0+7.7ml)和RV(-6.0+8.5ml)卷和端对流LV(-3.2+4.3ml)和RV(-4.2+6.8ml)卷BHC-SENSE和FBC-SENSE三大序列LV中风量有极好的关联性R0.96斜度=0.98-1.02动脉流,高估计2.7(5%)至4.6(8%)ml/beat图像质量评分优异(26分16分26分26分10分26分26分26分13优异26分13优异26分26分3优异HC-SENSE和26分21分26分21优至26分2适配FBC-SENSE

结论

图像质量和心容量指数使用BH或FBC-SENSIcinebSSF加速图像采集为有缺陷BH容量的病人提供替代环境

导 言

心量指数评估对先天性心脏病和后天性心脏病诊断和跟踪都很重要一号,2,3,4,5,6..心电磁共振成像是一种精确可复制模式,即诊断参考标准,用于对心室大小、功能和心肌质进行量化评价6,7,8,九九,10,11..当前,回溯式双维单片k-spacecine稳态自由分解程序(bSSFP)是心功能量化评估首选CMR序列ssf3序列内含高心电图对比高信号对噪比12,13,14..短轴bsf3图像常存屏蔽期间获取,因为bssf3序列易因呼吸运动和磁稳定状态中断[14..常规临床实践中,一到三叉SAx切片以5至15心循环的屏蔽获取,即使用并行成像技术交换高自带bSSFP信号到噪声以成像速度,使用空间维量正常K空间下采样,例如敏感编码(SENSE),不损耗血液与心电图对比并提供适当的时空解析15,16..CMRbSSFP测量心容量、函数和心重的精度和可复制性已完全确定17,18号,19号重用BHs需求仍受限,加速芯片CMR技术(如k-tBLAST、TPAT、TSENSE和压缩感知)报告左心室积分、函数和LV质量偏向性20码,21号,22号,23号,24码,25码,26..呼吸自由触发回溯性心膜bsfsFP序列报告提供双目容量、函数和LV质量,可与BH并用SENSE加速因子2对成人和子27号,28码..以加速SENSE为目的开发压缩敏感编码算法,在空间域使用假随机下采K空间C-SENSE提供诊断性CMR图像质量加加速因子2以上,允许大幅减少BH乘法29..然而,几乎没有数据验证使用C-SENSE量化心境评估BH或FB获取30码..

C-SENSE加速BH和FB回溯式心控cinebSSFP序列生成诊断质量图像和精确脑容指数BH下降

材料方法

HIPAA兼容回溯性研究得到机构审查局批准放弃知情同意要求自由呼吸cinebSSFP序列以当前形式在我们机构内实施,所有数据和信息都由机构控制

病人类

2019年9月至2019年10月期间所有经临床表示CMS检验的病人均包括BHSENSE、BHC-SENSE和FBC-SENSE序列在此期间,C-SENSE被用作提高质量工作的一部分,以缩短和/或消除CMR获取协议中的BH当前研究获得了IRB批准,研究内容包括系统回溯审查先前为提高临床质量而获取的图像先天性心脏病患者和无法完成所有三次扫描者不包括在内。

CMR技术

CMR所有考试均用1.5TMR扫描器进行(Ingenia,PhilipsHealthcare,Best,荷兰)。SAxcinebSSFP获取覆盖全心电图所有cine成像均在对比物代理器管理前完成BHCineSAX获取使用SENSE加速因子2后再获取C-SENSE加速因子3第三次SAxcine获取与心肺同步27号,28码FB序列使用固定模式(每次呼吸一次心循环)C-SENSE加速因子3FB获取期间没有提供专用呼吸指令三大回溯性心脏门SAxcine采集均使用相同的成像参数执行成像参数为:重复时间ms/echo时间ms翻转角度FA60度获取 voxel尺寸1.6-1.7x1.6-1.7x6-8m3(零差分)获取时间分辨率40-45ms实际屏蔽持续时间和获取时间取自扫描日志文件作为标准临床协议的一部分,量化流评估(TR/TE-4.5/2.7!FA12度获取 voxel尺寸1.6-1.7x1.6-1.7x6m3脱机获取时间分辨率40-45ms速度编码 150-200cm/s

SENSE和C-SENSE重构SENSE算法使用数据一致性基础定期低采样模式和圈敏感信息,空间求解空间约束基于对图像广度的先知31号..C-SENSE组合空间域伪随机稀释模式与SENSE使用迭代重构和吸附约束法重构算法31号..这两种技术都要求圈敏感度和噪声估计信息取自预扫描期间获取的数据三维预扫描带圈专用视图域和空间分辨率以单7s吸息执行,相当于单片获取,信息用于全SAx栈预扫描为局部化器收集的信息和前几扫描与cineSAx栈和表控视域兼容时不产生额外BH规范参数自动调整以适应单病人身体习惯、coil表理学和SNR指令序列具体地说,对于cinebSSFP序列,BSSFP瞬态级先用a2-TR2制备并继之以交替射频相程制制产生稳定状态14,32码..ky下采模式由伪随机密度可变Poisson分布确定,用于规定视图域和空间分辨率基于单心相位定时解析法,Ky模式再划分成数相等Ky线多顺序k-空间段相位编码梯度变化最小接近k-space中心,信号不稳定因eclipse32码..k-space段对心循环中每个相位重复并随后用于回溯性心跳滑动

图像分析

所有图像都传送到单独的处理后工作站(Medis套件3.1,Medis医学成像系统,Leiden,荷兰)。SAxcine图像由单审查器分析,受心射线师监督,历时超过6年并审查所有测量使用SAxcinebSSFP图像对LV和RV卷积指数(端对流体积、端对流体积、流波积、喷射分片)和LV质量进行了量化评估端对端分解相位定义SAxcinebSSFP数列LVbasal切片定义时,至少50%的心电图在双向阀旁可见三十三,34号..RV柱片定义在脉动阀下方,流道面积排除35码..直肠切片定义为显示内部血池的最后切片内心震荡轮廓都是人工画毛片肌肉不轮廓并分配到口腔36号..兴趣区划取自LV血池内并安眠芯片插片计算归正式血对心对比图像质量独立评分由三位CMR阅读器(MK、MR和TA3年以上CMR经验)。图像质量评分基于三大标准:血到心对比值、内心边缘划分值以及散装运动人工品和剩余下采样相关人工品的存在每种标准评分从1到5不等,其中1非诊断性,2非最优但仍诊断量分析,3适配,4优5优所有切片都逐项审查,并分配全SAx栈对每项标准平均图像质量评分图像质量总合并评分计算为三大评分平均数所有病人数据都包括在分析中

数据分析

连续量化统计描述归纳为手段和标准偏差Bland-Altman分析37号双向配对t级测试用BHSENSE标准计算参数与使用BH和FBC-SENSE获取参数比较LV中风量计算使用SAxcine成像和Actic量化流使用Bland-Altman分析比较A级公元前值 < 0.05被认为在所有推理测试中都很重要,并适当计算出95%置信区间tukey多级比较分析与tukey框图38号图像质量评分Kruskal-Wallis测试是为了比较阅读器之间和评分标准之间的图像质量评分差Wilcoxon签名级测试比较BHSENSE、BHC-SENSE和FBC-SENSE获取图像质量评分三种图像质量评分标准中的每一种都以条形图绘制,即接受各种图像质量评分的临床对象百分比所有统计分析均使用MATLAB进行( MathWorksTM公司、Natick公司、马萨诸塞州United States

结果

26名病人(26名男性16.7+6.4年(范围:9-35),体表面积1.6++0.4(范围:0.94-2.4米)2心率83+72bet/min(范围:50-115)研究期间曾三次SAxcine扫描表2一号汇总病人特征CMR表示包括Duchenne肌肉萎缩N级=12,pectus挖掘图N级=10)Becker肌肉萎缩N级=1,marfan综合症N级=1特纳综合症N级=1和化疗诱导心术N级=1所有SAxcine图像均无技术故障或重要文物获取共15+2(范围:12-18)SAx切片获取8+1BH持续时间(范围7-10秒加C-SENSE=3)短得多(3小得多(7-10秒加C-SENSE=3)公元前< 0.001)比12+1s(范围:1014SENSE=2)提高33%实际图像采集时间,包括BHSENSE2公元前< 0.05)与BHC-SENSE=3(4.3+1.5me:2.1-7)和FBC-SENSE=3(5.2++1.5me:2.3-7)比较图一号a描述扫描时间对切片比较

表1学习群特征
微博一号
图1

Tukey框图a/成像持续时间b/血到心电图对比解码C级图像质量评分 三次短轴获取映射持续时间包括屏蔽间隔一对一线图段(点对黑线段)与屏屏C-SENSE=3和自由呼吸C-SENSE=3描述成像持续时间依赖病人心率-复发率比BMCFBC-SENSE=3扫描低得多公元前BHSENSE=2和BHC-SENSE=3中心红线=中值,whistkers=最小值和最大值异常值超过区间距离1.5倍非重叠符号表示介质介质介质介质介质介质介质介质介质介质介质介质介度介度为5%黑*表示两组大不相同公元前< 0.05)ART = artifacts!CS3C-SENSE加速因子3EED=内心边缘划分S2SENSE加速因子2TET=总总总分

表22显示数据比较用三大序列测量的LV和RV体积指数LV和RV中风体积和弹出分量,LV质量计算相似RV卷数没有重大差异,LV和RV中风卷数、弹出分数或心肌质BHSENSE和BHC-SENSE序列间没有重大差异LV和RV端对端对端对端对齐数量小相径比BHC-SENSE和FBC-SENSE序列图2描述线性回归图和Bland-Altman图比LV中试量计算法三大序列的LV波量与异步流有极好的关联性,回归坡度介于0.98至1.02之间三大序列高估LV中风体积2.7(5%)至4.6(8%)ml/beat三大序列LV中风量协议限值小于24%

表2 左侧卷积分数和值差参差SENSE加速因子2,Breath中C-SENSE加速因子3,Freath中C-SENSE加速因子3和自由呼吸序列C-SENSE加速因子3(所有主体)
微博2
图2

线性回归图和Bland-Altman图比较左心流量量与bSSFP短轴图像采集量a/BHSENSE=2b/BHC-SENSE=3和BH屏蔽CS3C-SENSE加速因子3FB自由呼吸,S2SENSE加速因子2

BMC归为心电文,FBC-SENSE低得多公元前< 0.05)比BHSENSE和BHC-SENSE获取一号b)图像质量评分在所有序列中三位阅读器所有标准相似三个观察者评分的平均值在每个标准中都用于进一步分析平均排名评分BMC、EED、人工制品和全图像质量评分与FBC-SENSE获取公元前< 0.05比BHSENSE获取一号中文本不适用EED平均排名分数与BHC-SENSE综合图像质量分数低得多公元前< 0.05)比BHSENSE平均排名评分与BHSENSE序列和BHC-SENSE序列相似图3描述每个评分标准图像质量评分图像质量综合评分优异(26分16分10分26分26分10分),BHSENSE优异(26分13分26分13分13分26分26分26分3分26分26分26分26分26分26分21分26分2至26分26分26分23)组合图像质量评分BHSENSE和BHC-SENSE之差为0.08+0.18(范围:-0.50-0.39),BHSENSE和FBC-SENSE之差为0.42++0.34(范围:-0.26-1.17)。图4显示有代表性图像优美和适当组合图像质量评分使用所有三种获取技术

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图3

图片质量分数条剖分析显示,在基于血对心对比(BMC)、内心边缘定义(EED)和手工艺品和全数合并分数(TOT)的分级标准中图像质量分数优优优优优优优优优优优优非优优非诊断的病人百分比组合图像质量评分为三分等量平均数,这突出显示技术总体性能

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图4

5名病人(校友)稳态免分片综合分数:SENSE因子2(顶排)bhost-BH,C-SENSE因子3(中排)bhost-C-SENSE因子3cc组合图像质量评分是三标准中等量平均评分:血对心对比值、内心边缘定义值和全心周期人工品的存在每种标准分级为1至5级,其中1非诊断性,2次最优但仍诊断量分析,3适当,4优,5优i中的病人有深毛肌肉和内心复发器清晰可见,三序中所有切片均以闪亮背景标注血池受子2在所有三大序列中微度偏差定义3中病人的边缘定义微度退化仅在FBC-SENSE数片序列中出现4中的病人对所有三大序列的边缘定义稍有退化,此外BHC-SENSE和FBC-SENSE序列都略微少BMC5中的病人有轻并行成像和运动人工制品BHSENSE序列,而BHC-SENSE序列仅微度退化边缘定义,FBC-SENSE序列有大量运动人工品BH=屏蔽 FB=自由呼吸心室同步回溯性心锁平衡自由CMR序

讨论

反溯研究结果显示,使用cinebSSFP获取C-SENSE加速因子3,BH或FB可类比BHcinebSSFP获取标准SENSE加速因子2BH和FBcinebSSFP序列C-SENSE=3使用C-SENSE=3比SENSE=2减少33%FB获取C-SENSE=3的总成像时间与SENSE=2相似

标准BHCinebSSFP序列已完全建立,加速获取比H时间短或没有BHs帮助成像子和重病或镇定病人多策略低采k-空间时域使用正规或异常模式并用未来心电图或实时cine成像报告提供诊断图像质量和可比心室体积评估20码,21号,23号,24码,25码,26,三十九,40码,41号,42号,43号..研究时间下取样法报告低估计LV质量和中风体积和弹出分片偏向23号,24码,25码,26..体积指数的某些差分可归结为实验和物理变异体积测量偏差部分归因于使用时间下采法时有效时间分辨率下降系统评价时间底层增量使用全采样cinebsfsf44号..研究中BHSENSE分量指数偏差和标准偏差19号,26,35码,45码,46号,47..SAx测量高估LV波流与Actic流之比为LV质量的4-7%,与报告LV波量值8.2%相仿48号..非零度小相对比数据一致性非零速度偏差因sinotubulal交叉点双曲线切片取向可能也促成了这一差分整体而言,BH和FB在心容量上观察到的统计意义小小绝对差在临床上无关大

双量指数和LV质量在三种获取中可比较,但BH和FBC-SENSE获取的内心划分略优于BHSENSE这表明空间域伪采样可能造成空间混淆,这可能导致RV体积指数差异,反常RV轮廓变换则会加剧分量指数差异。血对心对比下降可归结为血池信号下降BMC图像质量BH和FBC-SENSE差异显示FB序列稳定状态不高,原因是心循环期间透视平面运动,特别是直肠剖片深度可变性还可能促使FBED和人工评分比BHC-SENSE下降肌肉萎缩和剖析术的病人经常注意到这一点大型病人发现的另一件文物是离bSSFP黑带相邻的剩余并行线,以C-SENSE因子3为图像显示场边缘

除与下采法相联的噪声调外,噪声通过并行成像进一步放大,原因是几何或g因子反射线敏感剖面非二次性[49号..二维并行成像技术中,噪声造成的图像退化指数性增加3至4临界减量因子[50码..最近对健康成人使用C-SENSE因子4对cinebSSFP成像显示适当图像质量相位编码积2.8毫米之积强远大于1.6-1.7毫米30码..此外,研究依赖浅吸气,而研究使用显性呼吸带为了尽量减少迭代重构时发生的空间模糊性,从伪随机采样k-空间数据中取出并同时努力加速图像采集,本研究中我们保守测试C-SENSE因子3C-SENSE因子3大大缩短SAxcinebSSFP获取屏住时间,同时保持适当的LV和RV心境边界定义体积指数与SENSE因子2完全一致缩短获取时间既可以通过每BH获取更多切片实现更快的病人吞吐量交换,也可以接纳有缺陷BH容量的病人交换

研究还证明C-SENSE获取物可同FB心肺同步cinebSSFP并用量化心室评估受研究人口由拥有结构正常心的儿童和青年组成,但序列对FB心室同步cinebSSFP和C-SENSE并用,特别是有缺陷BH能力或容量的病人有潜在实用性序列或获取机制没有排除大病或老年病

本研究少有限制第一,我们没有获取cinebSSFP数据并带全k-space采样量化异常流被用作内部引用部分解决此限制第二,有结构正常心群研究大都由雄性和肌肉萎缩性病人组成,两者均以雄性为主。第三,为回溯性研究获取数据是临床扫描课的一部分,因此BH获取间的实际扫描时间比较被连续BHs间异常差所混淆最后,由于数据伪获取和迭代重构,C-SENSE噪声空间分布复杂,因此不同获取之间的SNR不作量化比较。SNR差异部分融入BMC测量

结论

压缩SENSE加速因子3CinebSSFP图像比临床确定的SENSE加速因子2减少33%,前者名义上完全相同的时空分辨率,而后者提供可比LV和RV体积和功能指数及图像质量C-SENSE结合心肺同步自由呼吸bsfla成像提供可比LV和RV体积和功能指数缩短获取时间可交换为快速扫描片段/屏障或减空BHs以容纳BH容量受损的病人

提供数据和资料

当前研究生成和/或分析的数据集因病人隐私问题和机构策略不公开提供,但可应相关作者合理请求提供。

缩写

BH:

呼吸屏蔽

BMC:

血对心对比

BSA:

体表面积

ssFP:

平衡稳态免参保

C-SENSE:

压缩敏感编码

CMR:

心血管磁共振

EDV:

端隔音量

EED:

内心边缘定义

FA:

翻转角

FB:

自由呼吸

LV:

左心机/左心机

RV:

右心机/右心机

SAX:

短轴

SENSE:

敏感度编码

SNR:

信号对噪比

TE:

回音时间

TR:

重复时间

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Acknowledgements

博士瑞安摩尔博士尚安兰博士Justin Tretter博士Eric Crotty博士Robert Fleck支持图像采集

供资问题

不适用

作者信息

作者和附属关系

作者类

交文

MK数据采集分析手稿AP:脉序设计实施统计分析并起草手稿HW:脉序实现并起草手稿TA:研究设计、数据收集、数据分析并写手稿MDT学习设计、资料搜集和手稿编译MR:学习设计、数据收集、数据分析并写手稿作者阅读并核准最后手稿

对应作者

对应到阿摩尔S皮德纳卡.

道德申报

道德核准并同意参赛

Cincinnati儿童医院医疗中心临床调查委员会批准这项回溯性研究并放弃知情同意要求

协议发布

不适用

竞技兴趣

HW:Philips保健雇员

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KocaogluMPednekarA.S.WangHet al.呼吸和自由呼吸量评估二元体积和函数使用压缩SENSE:儿童与青年临床验证J心电图MagnReson22号5十四(2020).https://doi.org/10.1186/s12968-020-00642-y

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