Magnetresonanz-Tomografie in Echtzeit

Transkript

1 Magnetresonanz-Tomografie in Echtzeit Jens Frahm Biomedizinische NMR Forschungs GmbH am Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie Göttingen DGIM, Opinion Leader Meeting, 15. Januar 2016 Biomed NMR JF16/1

2 Magnetresonanz-Tomografie in Echtzeit min = ms 18 ms Biomed NMR JF16/2

3 Magnetresonanz-Tomografie in Echtzeit Etwas Technisches Naheliegendes Neues & Unerwartetes Herzhaftes Zukünftiges DGIM, Opinion Leader Meeting, 15. Januar 2016 Biomed NMR JF16/3

4 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

5 FLASH Schnelle MRT Beschleunigung > 100-fach Schnelle Gradientenecho-MRT Keine Wartezeiten Anwendungen Schnelle Bildserien: s EKG-synchronisierte Herzfilme Angiografie, Fluss, Suszeptibilität Dreidimensionale Aufnahmen J Frahm et al, Deutsches Patent P , 12. Februar 1985 Biomed NMR JF16/5

6 FLASH II Echtzeit-MRT Beschleunigung > 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

7 Echtzeit-MRT Rekonstruktion als nichtlineares inverses Problem Daten y A Bild x M Uecker et al, NMR Biomed 23: , 2010 Biomed NMR JF16/7

8 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: , 2012 Biomed NMR JF16/8

9 Magnetresonanz-Tomografie in Echtzeit Etwas Naheliegendes Gelenkuntersuchungen DGIM, Opinion Leader Meeting, 15. Januar 2016 Biomed NMR JF16/3

10 Echtzeit-MRT Gelenke Handgelenk Kiefergelenk 20 Bilder pro Sekunde 15 Bilder pro Sekunde Kooperation: Seif & Gersdorff, Universitätsmedizin Göttingen Biomed NMR JF16/9

11 Echtzeit-MRT Gelenke Kniegelenk (Patella) mit Orthese 20 Bilder pro Sekunde Kooperation: OttoBock Healthcare, Duderstadt Biomed NMR JF16/10

12 Magnetresonanz-Tomografie in Echtzeit Etwas Neues & Unerwartetes Schluckstörungen Liquorfluss DGIM, Opinion Leader Meeting, 15. Januar 2016 Biomed NMR JF16/3

13 Echtzeit-MRT Schluckvorgänge Normaler Schluckakt Schwere Dysphagie 25 Bilder pro Sekunde Kooperation: Olthoff, Beham & Ghadimi, Universitätsmedizin Göttingen Biomed NMR JF16/11

14 Echtzeit-MRT Schluckvorgänge Speiseröhre Pförtnermuskel 25 Bilder pro Sekunde Kooperation: Olthoff, Beham & Ghadimi, Universitätsmedizin Göttingen Biomed NMR JF16/12

15 Echtzeit-MRT Liquorfluss Einatmung ist die treibende Kraft für den Liquorfluss Einatmung Ausatmung S Dreha-Kulaczewski et al, J Neurosci 35: , 2015 Biomed NMR JF16/13

16 Magnetresonanz-Tomografie in Echtzeit Etwas Herzhaftes Herzfunktion Blutfluss DGIM, Opinion Leader Meeting, 15. Januar 2016 Biomed NMR JF16/3

17 Echtzeit-MRT Herzfunktion Vierkammerblick Kurzachsenblick 30 Bilder pro Sekunde Kooperation: Lotz & Hasenfuß, Universitätsmedizin Göttingen Biomed NMR JF16/14

18 Echtzeit-MRT Herzerkrankungen Hypertrophe Kardiomyopathie Wandbewegungsstörung 30 Bilder pro Sekunde Kooperation: Lotz & Hasenfuß, Universitätsmedizin Göttingen Biomed NMR JF16/15

19 Echtzeit-MRT Herzfunktion 100 Bilder pro Sekunde 100 Bilder pro Sekunde Zeitlupe: 30 Bilder pro Sekunde Biomed NMR JF16/16

20 Echtzeit-MRT Blutfluss Aufsteigende Aorta, v enc = 200 cm s Bilder pro Sekunde Untenberger et al, Magn Reson Med, doi: /mrm.25696, 2015 Biomed NMR JF16/17

21 Echtzeit-MRT Aortenklappeninsuffizienz Aufsteigende Aorta, v enc = 300 cm s Bilder pro Sekunde Untenberger et al, Magn Reson Med, doi: /mrm.25696, 2015 Biomed NMR JF16/18

22 Echtzeit-MRT Aortenklappeninsuffizienz Aufsteigende Aorta, v enc = 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: /mrm.25696, 2015 Biomed NMR JF16/19

23 Echtzeit-MRT Valsalva Manöver 106 cm/s 6.1 l/min 54 cm/s 1.3 l/min Automatische Auswertung: CAIPI Prototyp Software Kooperation: Fraunhofer Mevis, Bremen Biomed NMR JF16/20

24 Magnetresonanz-Tomografie in Echtzeit Etwas Zukünftiges Quantitative Kartierungen Modellbasierte Rekonstruktionen Interventionelle MRT DGIM, Opinion Leader Meeting, 15. Januar 2016 Biomed NMR JF16/3

25 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

26 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

27 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

28 Echtzeit-MRT Modellbasierte Rekonstruktion Konventionell Blutfluss Modellbasiert 28 Bilder pro Sekunde 39 Bilder pro Sekunde Tan et al, Magn Reson Med, 2016 Biomed NMR JF16/24

29 Echtzeit-MRT Brahms und Liquorfluss Brahms Symphonie Nr. 1, IV. Satz Piu Andante Kooperation: Iltis, Boston; Gillespie, Madison; Altenmüller, Hannover Biomed NMR JF16/25

30 Echtzeit-MRT Interaktive Schichtführung D Voit et al, 2015 Biomed NMR JF16/26

31 Echtzeit-MRT Dein ist mein Herz DGIM, Opinion Leader Meeting, 15. Januar 2016 Biomed NMR JF16/27