³¹P-MR-Spektroskopie aller
Wandabschnitte des menschlichen Herzens bei 1,5 T mit akquisitionsgewichteter Chemical-shift-
Bildgebung[∗]

Zusammenfassung.

Ziel: Ziel der Arbeit war es zu untersuchen, ob die akquisitionsgewichtete Chemical-shift-Bildgebung (AW-CSI) die Bestimmung von PCr und ATP in der Seiten- und Hinterwand des menschlichen Herzens an einem klinischen 1,5 T MR-Tomographen erlaubt. Methoden: 12 gesunde Probanden wurden jeweils mit einer chemical shift imaging (CSI) und einer AW-CSI-Sequenz untersucht. Die Sequenzen unterschieden sich lediglich in der Anzahl der Wiederholungen der einzelnen Phasenkodierschritte. Als Wichtungsfunktion des AW-CSI wurde eine Hanningfunktion verwendet, die zu 7 Mittelungen in der Mitte und 0 in den Ecken des k-Raums führte und die gleiche Auflösung wie das CSI ergab. Die Auswertung erfolgte in jeweils identisch positionierten Voxeln in Septum, Vorder-, Seiten- und Hinterwand. Ergebnisse: Die Signal-zu-Rausch-Verhältnisse waren bei AW-CSI für PCr um 1,3 und für ATP um 1,4 höher. Für AW-CSI waren die PCr/ATP-Verhältnisse um einen Faktor 1,2 - 1,3 höher und zeigten in allen untersuchten Regionen eine kleinere Standardabweichung. Das mittlere PCr/ATP-Verhältnis der AW-CSI-Sequenz war in Septum, Seiten- und Hinterwand praktisch identisch (1,72 - 1,76), während in der Vorderwand ein höherer Wert (1,9) bestimmt wurde. Schlussfolgerungen: Die deutlich reduzierte Kontamination aus Nachbarvoxeln führt bei AW-CSI zu einer Verbesserung des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses und zu einer genaueren Bestimmung des PCr/ATP-Verhältnisses im Vergleich zu CSI mit gleicher Auflösung. AW-CSI ermöglicht so die ³¹P-Spektroskopie von Seiten- und Hinterwand des menschlichen Herzens bei 1,5 T.

³¹P-MR spectroscopy of all regions of the human heart at 1.5 T with acquisition-weighted chemical shift imaging.

Aim: Aim of this study was to show whether or not acquisition-weighted chemical shift imaging (AW-CSI) allows the determination of PCr and ATP in the lateral and posterior wall of the human heart at 1.5 T. Methods: 12 healthy volunteers were examined using a conventional chemical shift imaging (CSI) and an AW-CSI. The sequences differed only in the number of repetitions for each point in k space. A hanning function was used as filter function leading to 7 repetitions in the center of the k space and 0 in the corners. Thus, AW-CSI had the same resolution as the CSI sequence. The results for both sequences were analyzed using identically positioned voxels in the septal, anterior, lateral and posterior wall. Results: The determined averaged AW-CSI signal to noise ratios were higher for PCr by a factor of 1.3 and for ATP by 1.4 than those of CSI. The PCr/ATP ratios were higher by a factor of 1.2 - 1.3 and showed a smaller standard deviation in all locations for AW-CSI. The mean PCr/ATP ratios determined by AW-CSI of septal, lateral and posterior wall were almost identical (1.72 - 1.76), while it was higher in the anterior wall (1.9). Conclusions: The reduced contamination in AW-CSI improves the signal to noise ratio and the determination of the PCr/ATP ratio in cardiac ³¹P spectroscopy compared to CSI with the same resolution. The results in volunteers indicate that AW-CSI renders ³¹P spectroscopy of the lateral and posterior wall of the human heart feasible for patient studies at 1.5 T.

Schlüsselwörter:

Herz-MR-Spektroskopie - MR-Phosphor-Studien - MR-Lokalisierung - 3D MR-Spektroskopie - MR k-Raum

Key words:

Heart MR spectroscopy - MR phosphorus studies - MR localization - MR spectroscopy 3-dimensional - MR k-space

1 Diese Arbeit wurde gefördert durch das IZKF Universität Würzburg des Bundesministeriums für Bildung und Forschung: BMBF IZKF Würzburg 01 K5 9603 (Projekt F2)

Literatur

• 1 Neubauer S. High-energy phosphate metabolism in normal, hypertrophied and failing human myocardium.  Heart Failure Reviews. 1999;  4 269-280
• 2 Hahn D, Beer M, Sandstede J. MR-Tomographie des Herzens.  Radiologe. 2000;  40 888-896
• 3 Mareci T H, Brooker H R. High-resolution magnetic resonance spectra from a sensitive region defined with pulsed field gradients.  J Magn Reson. 1984;  57 157-163
• 4 Ponder S L, Twieg D B. A novel sampling method for ³¹P spectroscopic imaging with improved sensitivity, resolution and side lobe suppression.  J Magn Reson B. 1994;  104 85-88
• 5 Pohmann R, von Kienlin M. Accurate phosphorus metabolite images of the human heart by 3D acquisition-weighted CSI.  Magn Reson Med. 2001;  45 817-826
• 6 Bottomley P A, Ouwerkerk R. Optimum flip angles for exciting NMR with uncertain T₁ values.  Magn Reson Med. 1994;  32 137-144
• 7 Beer M, Sandstede J, Weilbach F, Spindler M, Buchner S, Krug A, Köstler H, Pabst T, Kenn W, Landschütz W, von Kienlin M, Toyka K, Ertl G, Gold R, Hahn D. Cardiac Metabolism and Function in Patients with Multiple Sclerosis: A combined ³¹P-MR-Spectroscopy and MRI study.  Fortsch Röntgenstr. 2001;  173 399-404
• 8 Bottomley P A, Hardy J. Proton Overhauser enhancements in human cardiac phosphorus NMR spectroscopy at 1.5 T.  Magn Reson Med. 1992;  24 384-390
• 9 Vanhamme L, van den Boogaart A, van Huffel S. Improved method for accurate and efficient quantification of MRS data with use of prior knowledge.  J Magn Reson. 1997;  129 35-43
• 10 von Kienlin M. Empfindlichkeit und Ortsauflösung in der lokalisierten NMR-Spektroskopie. Habilitationsschrift, Fakultät für Physik und Astronomie, Universität Würzburg 1996
• 11 Beer M, Landschütz W, Meininger M, Seyfarth T, Vierig M, Sandstede J, Pabst T, Kenn W, Horn M, Harre K, von Kienlin M, Neubauer S, Hahn D. Quantifizierung energiereicher Phosphate im gesunden und geschädigten Herzmuskel mittels SLOOP ³¹P-MR-Spektroskopie.  Fortsch Röntgenstr. 1999;  171 65-68
• 12 Beer M, Buchner S, Sandstede J, Vierig M, Lipke C, Krug A, Köstler H, Pabst T, Kenn W, Landschütz W, von Kienlin M, Harre K, Neubauer S, Hahn D. ³¹P-MR spectroscopy for the evaluation of energy metabolism in intact residual myocardium after acute myocardial infarction in humans.  MAGMA. 2001;  13 70-75
• 13 Bottomley P A, Atalar E, Weiss R G. Human cardiac high-energy phosphate metabolite concentrations by 1D-resolved NMR spectroscopy.  Magn Reson Med. 1996;  35 664-670
• 14 Meininger M, Landschütz W, Beer M, Seyfarth T, Horn M, Pabst T, Haase A, Hahn D, Neubauer S, von Kienlin M. Concentrations of human phosphorus metabolites determined by SLOOP ³¹P NMR spectroscopy.  Magn Reson Med. 1999;  41 657-663

1 Diese Arbeit wurde gefördert durch das IZKF Universität Würzburg des Bundesministeriums für Bildung und Forschung: BMBF IZKF Würzburg 01 K5 9603 (Projekt F2)