Schnellere MRT-Scans mit Compressed Sensing von Siemens Healthineers

Die bahnbrechende Software-Technologie Compressed Sensing besticht mit ihrer eindrucksvollen Schnelligkeit und läutet einen Paradigmenwechsel in der klinischen Praxis der MR-Bildgebung ein. Besonders aufgrund ihres unerreichten Gewebekontrasts, der umfassenden und noch dazu strahlungsfreien Darstellung von Morphologie und Funktion und der Möglichkeit für Ärzte, hohe Diagnosesicherheit zu erlangen, ist die Magnetresonanztomographie (MRT) aus der radiologischen Bildgebung nicht mehr wegzudenken. Bei kardiologischen Fragestellungen gilt sie als Goldstandard zur Charakterisierung der Herzfunktion. Dennoch hat diese Methode gerade bei bewegten Organen auch einen entscheidenden Nachteil: Bei einigen Untersuchungen limitieren die längeren Messzeiten ihre Anwendung. Die Untersuchungsgeschwindigkeit weiter zu erhöhen, ist für die MRT daher von ganz besonderer Bedeutung. Und genau hier setzt Compressed Sensing an, eine neuartige Beschleunigungs-Technologie, entwickelt von Siemens Healthineers. Mit Compressed Sensing lassen sich MRT-Scans nun in einem Bruchteil der bisherigen Untersuchungszeit durchführen. Eine Cardiac-Cine-Aufnahme des Herzens erfolgt – statt in bislang knapp 6 Minuten – mithilfe der neuen Applikation Compressed Sensing Cardiac Cine innerhalb von nur noch 25 Sekunden [1]. Möglich macht dies ein innovativer Algorithmus, der die aufzunehmende Datenmenge drastisch reduziert und die Bildakquisition damit extrem beschleunigt.

Nur die wesentlichen Datenpunkte werden akquiriert

Um dem Radiologen klinische Bilder in Befundqualität vorlegen zu können, genügt dank der neuen Technologie die Akquisition weniger Datenpunkte. Daraus werden anschließend mithilfe iterativer Rekonstruktionsverfahren hochaufgelöste Bilder in befundbarer Qualität rekonstruiert – ohne dass dabei Bildinformationen verloren gehen. Bei Herzaufnahmen spielt die Applikation Compressed Sensing Cardiac Cine die Vorteile des Algorithmus aus: Statt 10–14-mal den Atem anhalten zu müssen, was durch Regenerationspausen während des Scans knapp 6 Minuten dauern kann, können die Patienten nun bei einer Scan-Dauer von etwa 25 Sekunden frei weiteratmen. Lediglich zur genauen Einschätzung quantitativer Informationen, etwa der Auswurffraktion, ist ein einmaliges Atemanhalten notwendig. Bewegungsartefakte durch Atmung und Herzschlag werden so effektiv vermieden. Dies kommt insbesondere alten und schwer kranken Patienten entgegen, denen es kaum möglich ist, während der Untersuchung den Atem anzuhalten.

MR-Bildgebung für Patienten mit Herzrhythmusstörungen

Aufgrund der hohen Geschwindigkeit von Compressed Sensing Cardiac Cine wird die Herz-MRT erstmals für ganz neue Patientengruppen zugänglich, etwa für Menschen mit Herzrhythmusstörungen (Arrhythmien), für die ein Herz-MRT-Scan bislang häufig nicht infrage kam, weil die Bilder keine Befundqualität aufwiesen. Mit der neuen Applika­tion ist dies nicht mehr der Fall. Dank adaptiven Triggerns lässt sich nun mit nur einem Atemanhalten der gesamte Herzzyklus in Echtzeit aufzeichnen – einschließlich der diagnostischen Informationen über die späte diastolische Phase. Wie wissenschaftliche Studien belegen, bietet Compressed Sensing Cardiac Cine zudem eine exzellente Darstellung und Quantifizierung der Funktion der linken Herzkammer.

Der von Siemens-Experten entwickelte Algorithmus, auf dem Compressed Sensing basiert, konnte sich im Jahr 2014 im Wettbewerb für dynamische Bildgebung der Internationalen Gesellschaft für Magnetresonanz in der Medizin (International Society for Magnetic Resonance in Medicine/ISMRM) durchsetzen. Gemeinsam mit seinen wissenschaftlichen Kollaborationspartnern hat Siemens Healthineers den Algorithmus weiterentwickelt und zur Produktreife gebracht. Ausgewählte Kunden weltweit nutzen bereits seit mehreren Jahren ein sogenanntes Work-in-Progress- (WIP-) Paket, ein Bildgebungspaket für die Forschungsanwendung. Die Produktversion der Compressed-Sensing-Technologie wurde an mehreren klinischen Instituten validiert, zahlreiche Studien belegen die Vorteile der Methode.

Literatur:

1. Sudarski S, et al. Free-breathing Sparse Sampling Cine MR Imaging with Iterative Reconstruction for the Assessment of Left Ventricular Function and Mass at 3.0 T. Radiology 2017; 282: 74–83.