UNIVERZA V LJUBLJANI ZDRAVSTVENA FAKULTETA
RADIOLOŠKA TEHNOLOGIJA, 1. STOPNJA
Žan Tičar, Lucija Žmuc
UPORABA MULTIVANE TEHNIKE PRI MAGNETNO RESONANČNEM SLIKANJU RAME
diplomsko delo
MAGNETIC RESONANCE IMAGING OF THE SHOULDER USING MULTIVANE TECHNIQUE
diploma work
Mentor: viš. pred. mag. Janez Podobnik Somentorica: asist. Katja Romarić
Recenzentka: viš. pred. mag. Mojca Medič
Ljubljana, 2021
ZAHVALA
Iskrena zahvala za vso pomoč, nasvete ter vodenje skozi pisanje diplomske naloge gre somentorici asist. Katji Romarić, mag. inž. radiol. tehn., mentorju viš. pred. mag. Janezu Podobniku, dipl. inž. rad ter recenzentki viš. pred. Mojci Medič.
Zahvaljujeva se tudi vodji Centra za klinično fiziologijo Medicinske fakultete v Ljubljani, prof. dr. Dušanu Šuputu, dr. med. za dovoljenje izvajanja raziskave na njihovem MR tomografu.
Najlepša zahvala tudi najinima družinama za vso pomoč ter podporo v času študija.
Nazadnje pa bi se zahvalila tudi drug drugemu za potrpežljivost, čas ter predanost in podporo tekom celotnega študija ter med procesom nastajanja diplomske naloge.
IZVLEČEK
Uvod: MultiVane tehnika je ena izmed tehnik zmanjševanja popačenj. To je radialna tehnika slikanja, ki s pasovi vzorči podatke v sredini k-prostora. V centru k-prostora se zbirajo podatki o kontrastni ločljivosti slike ter podatki, ki so posledica premikov med zajemom.
MultiVane tehnika nam omogoča, da te podatke povprečimo ter izločimo tiste, ki bi negativno vplivali na kakovost slike. Namen: Namen diplomske naloge je primerjava T2 TSE pulznega zaporedja in PG pulznega zaporedja z zasičenjem signala iz maščobe (SPAIR) z in brez uporabe MultiVane tehnike pri slikanju rame. Glavni cilj bo oceniti prisotnost popačenj zaradi fizioloških premikov na T2 TSE pulznem zaporedju in PG pulznem zaporedju z zasičenjem signala iz maščobe (SPAIR). Metode dela: Uporabili smo deskriptivno metodo za pregled strokovne literature s področja magnetne resonance ter nato izvedli študijo primera osmih zdravih prostovoljcev, ki smo jim slikali ramo z in brez uporabe MultiVane tehnike na T2 TSE sliki v koronarni ravnini ter PG SPAIR TSE sliki v transverzalni ravnini. Na koncu pa smo ocenili še prisotnost popačenj. Rezultati: V rezultatih so prikazane slike z in brez uporabe MultiVane tehnike ter njihova razporeditev v k-prostoru, statistične vrednosti pulznih zaporedij ter vrednost ujemanja ocenjevalcev.
Razprava in zaključek: Spremenila se je tudi porazdelitev podatkov v k-prostoru, ker so podatki zajeti radialno. Na podlagi Wilcoxonovega testa smo ugotovili, da se nekatera pulzna zaporedja statistično razlikujejo med seboj, razen tista, pri katerih so bile že slike brez MultiVane tehnike ocenjene z oceno 5. Pri pregledu literature smo opazili, da se je čas slikanja z uporabo te tehnike pri raziskavah podaljšal, mi pa smo ugotovili, da se čas preiskave skrajša z uporabo paralelnega slikanja. Na pridobljenih slikah smo opazili, da so slike pridobljene z MultiVane tehniko diagnostično bolj uporabne, ker smo zmanjšali vpliv popačenj na sliki.
Ključne besede: MR, MultiVane, PROPELLER, BLADE, popačenja, k-prostor, mišice rotatorne manšete, rama.
ABSTRACT
Introduction: MultiVane technique is one of techniques used to suppress artifacts in magnetic resonance imaging. It is a radial technique of capturing and averaging data in the center of k-space with the use of blades. The center of K-Space is filled with data from contrast resolution and movements captured during the imaging. MultiVane techniqe averages the captured data and eliminates the outliers in the data, that could potentially disrupt the quality of the image. Purpose: The purpose of this study is a comparison between T2 TSE pulse sequence and PD TSE pulse sequence with the use of fat sat technique (SPAIR) with and without the use of MultiVane technique in imaging of the shoulder. The main goal is to evaluate the presence of artifacts caused by physiological movements in a shoulder on images captured with T2 TSE and PD TSE (SPAIR) pulse sequences with and without the use of MultiVane technique. Methods: We analyzed the scientific literature from the field of magnetic resonance with the use of descriptive method and then performed a study on 8 healthy volunteers. We imaged the shoulders with and without the MultiVane technique, with the use of T2 TSE pulse sequence in coronal plane and PD SPAIR TSE pulse sequence in transversal plane. At the end, we evaluated the presence of artifacts on images.
Results: Images presented in chapter Results are the images captured with and without the use of MultiVane technique and their distribution in k-space, statistical values of pulse sequences and matching value of the assessors. Discussion and conclusion: Image distribution in k-space has changed because the data is captured radially. With the use of Wilcoxon test we established that there is a statistical difference between some of the pulse sequences. The exceptions are images made without the use of MultiVane technique which were initially graded with the highest grade (5). Studying the literature, we noticed that in the most studies, where this technique was used, the time needed to perform the imaging was increased, whereas we found out that time decreases with the use of parallel imaging. We noticed that the images captured with the use of MultiVane technque are diagnostically more useful, because we were able to suppress the impact of artifacts on an image.
Keywords: MR, MultiVane, PROPELLER, BLADE, artifacts, k-space, rotator cuff muscles, shoulder.
KAZALO VSEBINE
1 UVOD ... 1
1.1 Teoretična izhodišča ... 2
1.2 Anatomija rame ... 2
1.3 Pulzna zaporedja ... 4
1.4 K-prostor ... 5
1.5 Popačenja zaradi gibanja ... 6
1.6 MultiVane tehnika ... 7
1.7 Pregled literature ... 9
2 NAMEN ... 11
2.1 Raziskovalna vprašanja ... 11
3 METODE DELA ... 12
3.1 Potek preiskave ... 12
3.2 Protokol slikanja ... 13
3.3 Ocenjevanje slik ... 14
4 REZULTATI ... 16
5 RAZPRAVA ... 23
6 ZAKLJUČEK ... 27
7 LITERATURA IN DOKUMENTACIJSKI VIRI ... 28
KAZALO SLIK
Slika 1: Mišice rotatorne manšete v transverzalni ravnini (Vir: Center za klinično fiziologijo
Medicinske fakultete) ... 3
Slika 2: Mišice rotatorne manšete v koronarni ravnini (Vir: Center za klinično fiziologijo Medicinske fakultete) ... 4
Slika 3: Shema MultiVane tehnike (Vir: osebni vir) ... 9
Slika 4: PG SPAIR TSE TRA obtežena slika brez MultiVane tehnike... 16
Slika 5: PG SPAIR TSE TRA obtežena slika z MultiVane tehniko ... 16
Slika 6: T2 TSE COR obtežena slika brez MultiVane tehnike ... 17
Slika 7: T2 TSE COR obtežena slika z MultiVane tehniko ... 18
KAZALO TABEL
Tabela 1: Parametri slikanja ... 14 Tabela 2: Vrednosti Kappa koeficienta (Žibert, 2019) ... 15 Tabela 3: Povprečne vrednosti ter vrednosti standardnega odklona pri posameznih pulznih zaporedjih ... 19 Tabela 4: p vrednosti Wilcoxonovega testa pri posameznih pulznih zaporedjih ... 21
SEZNAM UPORABLJENIH KRATIC IN OKRAJŠAV
COR Koronarna ravnina
ETL Echo Train Length
FA Flip Angle
FAT SAT Zasičenje signala iz maščobe
FOV Field of View
FSE Fast Spin Echo
FT Fourierjeva transformacija
MR Magnetna resonanca
MV MultiVane
NSA Number of Signal Acquisitions PG Protonsko gostotno obteženo slikanje
PROPELLER Periodically Rotated Overlapping Parallel Lines with Enhanced Reconstruction
RARE Rapid Acquisition with Relaxation Enhancement
RF Radiofrekvenčni pulz
RSŠ Razmerje Signal Šum
SE Spin Echo
SENSE SENSitivity Encoding
SPAIR SPectral Atenuated Inversion Recovery
TE Čas odmeva
TR Čas ponavljanja
TRA Transverzalna ravnina
TSE Turbo Spin Echo
1
1 UVOD
Magnetno resonančno (MR) slikanje je neinvazivna slikovna metoda, s katero prikažemo zgradbo telesa brez uporabe ionizirajočega sevanja. Za nastanek slike se uporabljajo različno močna magnetna polja ter radiofrekvenčni valovi, ki vzbujajo protonska jedra in beležijo njihov signal pri prehajanju v osnovno stanje (Van Beek, 2008). Prednosti magnetne resonance so predvsem dobra kontrastna ločljivost, prikaz slik v več ravninah, različne možnosti rekonstrukcije slik in neškodljivost za preiskovance (Katti, 2011).
V primerjavi z ostalimi slikovno diagnostičnimi tehnikami je MR bolj občutljiv na premikanje zaradi daljšega časa, ki je potreben za zajem podatkov. To je glavni vzrok, da se na sliki zaradi fizioloških ali fizičnih premikov med zajemanjem podatkov pojavljajo popačenja (Zaitsev, 2015; Smith, 2010).
Popačenje na sliki je katerakoli vsebina slike, ki ne spada k slikanemu objektu ter ni posledica naključnega šuma (Smith, 2010). Premikanje pri slikanju lahko zmanjša kakovost slike ter lahko povzroči popačenja, ki ovirajo pravilno interpretacijo slike (Havsteen, 2017). Potrebno jih je prepoznati ter zmanjšati v največji možni meri, saj lahko poslabšajo kakovost slike, v določenih primerih pa tudi posnemajo ali zakrijejo patologijo (Heiland, 2008).
Povod za nastanek diplomskega dela je bila želja po opravljanju raziskave, kakršna v Sloveniji še ni bila izvedena in bi morda lahko v prihodnje pripomogla k izboljšanju tovrstnih preiskav tudi v praksi. Ker je MultiVane relativno nova tehnika slikanja, sva literaturo črpala iz raziskovalnih člankov, ki opisujejo uporabo ter delovanje te tehnike na podlagi raziskav različnih organov v telesu. Največ literature na to temo se navezuje na preiskave mehkotkivnih struktur, zelo malo pa je raziskav, ki so bile izvedene v pomoč prikazovanja skeleta ter sklepnih struktur. To naju je vzpodbudilo k opravljanju raziskave uporabe MultiVane tehnike pri slikanju rame, ki je, kot navajajo Dietrich et al. (2011), zaradi različnih premikov največkrat izpostavljena popačenjem, kar lahko ovira pravilno interpretacijo slike ter privede do slike slabše kakovost.
2
1.1 Teoretična izhodišča
V teoretičnih izhodiščih bova predstavila anatomijo rame, T2 TSE in PG TSE pulzna zaporedja, Fat Sat tehniko, shranjevanje podatkov v k-prostoru ter popačenja zaradi gibanja in delovanje MultiVane tehnike.
1.2 Anatomija rame
Ramenski sklep je kroglasti sklep in ima izmed vseh v našem telesu največjo gibljivost.
Sestavljen je iz glave nadlahtnice, ključnice ter lopatice z njenimi odrastki. V samem ramenu poznamo štiri različne sklepe med naštetimi kostmi, vendar se, ko govorimo o ramenu, najpogosteje nanašamo na glenohumeralni sklep, ki je sklep med glavico nadlahtnice (humerus) ter jamico na lopatici (glenoid). Za normalno delovanje ter podporo potrebuje ramenski sklep okolno mišičje, ki mu omogoča izvajanje različnih gibov. Glavna mišična skupina, ki podpira ramenski sklep se imenuje rotatorna manšeta. Sestavljena je iz štirih mišic in sicer musculus supraspinatus, m. infraspinatus, m. subscapularis ter m. teres minor:
- M. supraspinatus izhaja iz fosse supraspinatus na lopatici ter se narašča na tuberculus major humerusa. Omogoča abdukcijo humerusa za 30 stopinj.
- M. infraspinatus izhaja iz fosse infraspinatus in se prav tako narašča na tuberculus major ter omogoča rotacijo humerusa.
- M. teres minor izhaja z lateralnega dela scapule in se narašča na tuberculus major.
Omogoča zunanjo rotacijo ter pomaga pri abdukciji humerusa.
- M. subscapularis izhaja iz fosse subscapularis ter se narašča na tuberculus minor humerusa. Omogoča notranjo rotacijo ter abdukcijo humerusa.
Poleg rotatorne manšete so ramenskemu sklepu v podporo še ostale okolne mišice. To sta m.
deltoideus, ki pokriva zgornji del ramena ter omogoča abdukcijo roke, ter m. trapezius, ki se nahaja na posteriornem delu ramena in ima funkcijo dvigovanja ter spuščanja ramena (Eovaldi, 2018).
V povezavi z ramenskim sklepom so za njegovo normalno delovanje potrebni še m. pectoralis major, m. latissimus dorsi ter m. teres major. M. pectoralis major je velika prsna mišica, ki izhaja iz medialne polovice ključnice, sternuma ter pravih reber in se narašča na lateralni del intertuberkularnega grebena. Pomaga pri addukciji ter medialni rotaciji ter tvori sprednjo
3
pazdušno gubo (Haładaj, 2019). M. latissimus dorsi izhaja iz trnastih odrastkov hrbtenice ter se pripenja na intertuberkularni greben nadlahtnice. Enako kot m. pectoralis major pomaga pri addukciji ter medialni rotaciji ter tvori zadnjo pazdušno gubo (Jeno, 2018). M. teres major izhaja iz posteriorne površine lopatice in se narašča na medialni del intertuberkularnega grebena in prav tako omogoča addukcijo ter medialno rotacijo (Raszewski, 2018).
Slika 1: Mišice rotatorne manšete v transverzalni ravnini (Vir: Center za klinično fiziologijo Medicinske fakultete)
4
Slika 2: Mišice rotatorne manšete v koronarni ravnini (Vir: Center za klinično fiziologijo Medicinske fakultete)
1.3 Pulzna zaporedja
V raziskavi bomo uporabili dve pulzni zaporedji. Prvo bo T2 TSE (turbo spin echo) pulzno zaporedje, drugo pa protonsko gostotno obteženo (PG) z zasičenjem signala iz maščobe (SPAIR). V tej točki bomo na kratko opisali značilnosti obeh uporabljenih pulznih zaporedij.
T2 TSE je pulzno zaporedje, ki uporablja dolg TR (3000-6000 ms) in TE (80-140 ms). TR oziroma čas ponavljanja je čas med dvema radiofrekvenčnima pulzoma (RF) in se meri v milisekundah (ms). TE oziroma čas odmeva pa je čas med začetnim RF pulzom ter sredino odmeva in ga prav tako kot TR merimo v ms. Pri TSE pulznih zaporedjih se uporablja 90 stopinjski RF pulz, ki obrne magnetizacijo v transverzalno ravnino, temu pa sledi več 180 stopinjskih pulzov. Po vsakem 180 stopinjskem RF pulzu izmerimo odmev, ki se nato združijo in se imenujejo Echo train length (ETL) (Bitar, 2006; Westbrook, 2019).
Pulzno zaporedje za pridobivanje protonsko gostotno (PG) poudarjenih slik uporablja dolg TR (> 2000 ms) ter kratek TE (10-30 ms). Je pulzno zaporedje, ki nam omogoča, da tkiva na sliki razločimo s pomočjo različnih gostot protonov v tkivih, ker se koncentracija le teh v vsakem tkivu razlikuje. Da dosežemo kontrastnost na podlagi protonske gostote je potrebno s parametri zaporedja izničiti T2 ter T1 vpliv. Uporaba dolgega TR izniči T1 kontrast, uporaba kratkega
5
TE pa T2 kontrast (Westbrook, 2019). PG slikanje je zelo uporabno pri prikazu kosti, mišic, vezi ter glenohumeralnega sklepa. Uporablja se pri prikazu poškodb rotatorne manšete, poškodb bicepsa in glenoidalnega labruma, vendar je za najbolj optimalen prikaz struktur potrebna uporaba zasičenja signala iz maščobe (FAT-SAT) (Lavdas, 2015).
Zasičenje signala iz maščevja oziroma FAT-SAT tehnike so pomemben del muskuloskeletne diagnostike. Pomagajo nam zasičiti signal iz maščevja, s tem da ne vplivajo na signal iz vode na sliki. Uporabljajo se za povečanje kontrasta na sliki ter za prikaz lezij in izničevanje nekaterih popačenj. Koristne so za prikaz edema kostnine, razločevanje med tkivi z visokim signalom ter določanje vsebnosti maščobe v mehkotkivnih strukturah (Del Grande, 2014).
T2 TSE pulzno zaporedje se pri slikanju rame uporablja za odkrivanje edema, ki se kaže kot hiperintenziven signal na sliki, ter za oceno patologije kostnega mozga. FAT-SAT na T2 TSE obteženi sliki pomaga, da kostni mozeg in maščoba postaneta hipointenzivna, ker s tem izboljšamo vidljivost lezij. T2 TSE FAT-SAT pomaga pri prikazu poškodb rotatorne manšete ter pri prikazu narastišča bicepsa. Uporablja se za prikaz patoloških sprememb hrustanca, prikaz cist ter v kombinaciji z artrografijo pomaga pri prikazu glenohumeralnega sklepa (Foss, 2015).
PG TSE pa je pri rami odlično zaradi dobrega prikaza ter zmožnosti ocenjevanja hrustanca na sliki. Ima tudi zelo dobro prostorsko ločljivost. V kombinaciji z FAT-SAT tehniko se uporabnost PG TSE slikanja pri rami še izboljša. Uporabno je tudi za prikaz edema kostnine ter poškodb ligamentov (Mohr, 2003).
1.4 K-prostor
Magnetna resonanca je pred drugimi slikovnimi metodami v medicinski diagnostiki v prednosti zaradi edinstvene sposobnosti zajemanja ter upravljanja z zajetimi podatki. Glavni faktor, ki to omogoča, se imenuje k–prostor. To je frekvenčni prostor - matrika, kamor se shranjujejo zajeti podatki za pridobitev končne slike. Podatki o kontrastni ločljivosti slike se shranjujejo v sredino k-prostora, medtem ko se podatki o prostorski ločljivosti nahajajo na robovih. Ti surovi podatki nastanejo, ko med razpadom komponente transverzalne magnetizacije vzbujena jedra oddajo signal, ki ga zaznajo sprejemne tuljave. Podatki se v k-prostoru kodirajo v dveh smereh: v x (vodoravni) smeri, kar imenujemo frekvenčno kodiranje, in v y (navpični) smeri, kar imenujemo fazno kodiranje. Da bi te surove podatke prikazali kot sliko, je potrebna Fourierjeva transformacija (FT) (Moratal, 2008).
6
Kompleksen signal, zajet z uporabo magnetne resonance, je digitaliziran ter s pomočjo FT pretvorjen v preprostejše signale sinusnih in kosinusnih nihanj z različno prostorsko frekvenco ter amplitudo in shranjen v k-prostor. Z uporabo gradienta za izbiro rezine, lahko v telesu točno določimo želeno ravnino, iz katere bomo pridobivali signal. To povzroči, da imajo vsi protoni v tej ravnini enako frekvenco vrtenja ter fazo. Pred zajemanjem podatkov je potrebna uporaba spreminjajočih gradientnih polj, kar omogoči, da se protonom v rezini individualno določi frekvenca ter faza, ki je potrebna za točno lokalizacijo signala v telesu. Te podatki nato omogočijo uporabo Fourierjeve transformacije, ker se signal razlikuje v pridobljenih informacijah za vsak posamezen proton. Z uporabo strmih gradientov lahko bolj razločimo protone v telesu, višje moči gradientov nam omogočajo boljši prikaz podrobnosti, medtem ko nižje moči gradientov prikažejo podatke o kontrastnosti na sliki. Za pridobitev končne slike je potrebna 2D inverzna Fourierjeva transformacija (IFT), ki združi vse signale različnih frekvenc iz k-prostora in nam kot končni rezultat prikaže sliko, ki jo nato lahko pregledujemo (Gallagher, 2008).
1.5 Popačenja zaradi gibanja
Popačenja zaradi premikanja spadajo med najpogostejša v magnetno resonančnem slikanju.
Premiki se delijo na tiste, nad katerimi imamo nadzor, ter na tiste, ki so v našem telesu naravno prisotni zaradi premikov organov ter na njih ne moremo vplivati (Salem, 2005).
Najpogostejši vzroki za popačenja zaradi gibanja so fiziološko gibanje, premikanje oči, mežikanje, dihanje, bitje srca, požiranje, peristaltika, utripanje žil ter tok krvi in likvorja (Zaitsev, 2015; Smith 2010).
Popačenja zaradi premikanja nastanejo v smeri faznega kodiranja in se pri večjem premiku delov telesa na sliki kažejo kot zameglitve, utripajoče gibanje v telesu pa se na sliki kaže kot podvojitev te strukture (npr. utripanje žil) (Heiland, 2008).
Kakovost slike se poslabša zaradi gibanja na dva načina in je odvisno od tega, kdaj v času slikanja zajamemo premik pacienta. Poznamo dva načina: prvi je, da gibanje poteka med samim pridobivanjem podatkov, kar povzroči popačenja, ki se kažejo v smeri gibanja, drugi pa je, da zajeti podatki po premiku ne sovpadajo s predhodno zajetimi. Podvzorčeni podatki na sliki se kažejo kot preslikava ter popačenja zaradi premika (Smith, 2010).
7
V izogib popačenj zaradi fizioloških premikov so se skozi leta razvile različne tehnike zmanjševanja vpliva premikov na slikah, kot so ustrezna pulzna zaporedja, rekonstrukcijski algoritmi ter protokoli (Zaitsev, 2015; Smith, 2010).
Da se izognemo popačenjem zaradi premikanja, moramo uporabiti čim krajši čas slikanja. To nam omogoča krajši čas ponavljanja (TR) in uporaba 2D slikanja namesto 3D. Poznamo tudi druge načine, s katerimi zmanjšamo premikanje, kot so: zadrževanje vdiha, spremljanje dihanja z dihalnim senzorjem, proženo slikanje in uporaba navigatorja ter saturacijskih polj čez premikajoče se organe. Lahko pa uporabimo tudi druge programske tehnike ali pulzna zaporedja in s tem v k-prostoru zamenjamo smer faznega in frekvenčnega kodiranja, skrajšamo dolžino niza odmeva, k-prostor lahko zapolnimo samo delno ali radialno, lahko nadvzorčimo sredino k-prostora in uporabimo fast spin-echo (FSE) pulzna zaporedja. Zadrževanje vdiha in druge tehnike za zmanjševanje popačenj zaradi premikanja zahtevajo sodelovanje pacienta, kar velikokrat ni mogoče (demenca, pediatrija), zato se poslužujemo različnih programskih tehnik, ki nam zmanjšajo vpliv popačenj. Sprememba smeri faznega kodiranja nam omogoča, da se podatki v k-prostoru drugače zajemajo in tako zmanjšamo učinek gibanja na sliko. Uporaba single shot Rapid Acquisition with Relaxation Enhancement (RARE) ali half-Fourier RARE pulznega zaporedja nam prav tako omogoča hitrejše slikanje v enem zadržanem vdihu. Druga možnost pa je, da uporabimo radialno polnjenje k-prostora, ki spremeni smer faznega kodiranja in tako zmanjša popačenje zaradi premikanja. Ta tehnika nam zaradi nadvzorčenja sredine k- prostora izboljša kontrastnost slike in zaradi podvzorčenja robov poslabša prostorsko ločljivost (Huang, 2015).
MultiVane je tako tehnika radialnega zapolnjevanja k-prostora, ki pri zajemanju uporablja rotirajoče pasove v k-prostoru ter s številnimi zajemi in povprečenjem podatkov v ravnini hkrati odpravlja popačenja zaradi gibanja, ki vplivajo na nizke frekvence v sredini k-prostora (Kang, 2015; Heiland, 2008).
1.6 MultiVane tehnika
MultiVane (Phillips), BLADE (Siemens) oziroma PROPELLER (General Electric) so tehnike slikanja, ki delujejo na podoben način, vendar so različno poimenovane pri različnih proizvajalcih. Delovanje MultiVane tehnike omogoča zmanjševanje vpliva gibanja telesa na končno sliko (Kang, 2015).
8
Poznamo različne načine polnjenja k-prostora. Najpogostejša tehnika zapolnjevanja k-prostora je katezijski način, pri katerem se podatki polnijo v smeri x (v smeri frekvenčnega kodiranja).
Ta način nam omogoča, da dobimo dobro kontrastnost slike z različnimi časi odmeva (TE). Ker pa je ta tehnika občutljiva na fiziološko premikanje, ki nastane v telesu, se uporabljajo radialne tehnike slikanja, ki s pasovi vzorčijo podatke v sredini k-prostora. (Soon-Kwon, 2019).
MultiVane je način pridobivanja podatkov, ki je podoben fast spin echo (FSE) slikanju, pri katerem se vsaka vrstica k-prostora, ki jih loči TR, napolni tako, da se pas zavrti okoli sredine k-prostora in to ponavlja toliko časa, dokler ne pokrije celotnega k-prostora (slika 1). Slabost MultiVane tehnike je, da se čas slikanja podaljša vsaj za 50 % v primerjavi s hitrim slikanjem, zaradi večkratnega vzorčenja (Arfanakis, 2005).
V sredini k-prostora se nahajajo podatki, ki določajo značilnosti končne slike. Radialne tehnike zajemanja podatkov delujejo na način, da z rotirajočimi pasovi v k-prostor zajemajo podatke ter jih sproti povprečijo, kar omogoča sprotne popravke napak zaradi gibanja, ki so, zaradi povprečenja podatkov, izločene (Dietrich, 2011).
MultiVane je dokaj neobčutljiv na popačenja povezana s homogenostjo magnetnega polja ter ima nizko občutljivost na gibanje. Njegova slaba lastnost pa je, da zaradi načina zajema podatkov slikanje traja občutno dlje kot običajno fast spin – echo slikanje (Arfanakis, 2005).
9
Slika 3: Shema MultiVane tehnike (Vir: osebni vir)
Namesto klasičnega slikanja smo se v naši raziskavi odločili za uporabo tehnike paralelnega slikanja SENSitivity Encoding (SENSE). Blaimer et al. (2004) v svojem delu navajajo, da je SENSE tehnika ena izmed najbolj razširjenih tehnik paralelnega slikanja, ki uporablja več sprejemnih tuljav za pridobivanje signala. Te tuljave ob istem času zajemajo signal iz različnih delov slikanega objekta, kar pomeni da je trajanje slikanja občutno krajše, saj zbiranje podatkov poteka hitreje kot pri klasičnih metodah slikanja. Zaradi hitrejšega zajema podatkov pa se zmanjša razmerje signal šum na slikah in podaljša čas rekonstrukcije.
1.7 Pregled literature
Dietrich in sodelavci (2011) so naredili raziskavo na 111 pacientih, kjer so ocenjevali uporabnost PROPELLER tehnike pri T2 pulznem zaporedju pri artrogafije rame. Njihova hipoteza je bila, da PROPELLER tehnika zmanjša popačenje zaradi premikanja ter izboljša splošno kvaliteto slike, kljub podaljšanju časa preiskave. Največ pacientov je imelo sum na poškodbo rotatorne manšete, ostali pa so imeli različne težave povezane z ramenskim sklepom.
Vsi pacienti so prejeli 8-12 ml kontrastnega sredstva v glenohumeralni sklep, preiskava pa je
10
bila izvedena na 1,5 T aparatu. Standardni protokol za slikanje rame so prilagodili tako, da so dodali T2 pulzno zaporedje z in brez PROPELLER tehnike. Sliki sta bili izvedeni s FAT-SAT tehniko. Ugotovili so, da je uporaba PROPELLER tehnike pri slikanju pripomogla k precejšnjemu zmanjšanju artefaktov zaradi premikanja na sliki, vendar pa se je na ta račun slikanje podaljšalo za 50 sekund. Opaziti je bilo tudi, da so bili artefakti zaradi pulziranja veliko bolj opazni na slikah brez uporabe PROPELLER tehnike, tako da so prišli do zaključka, da je PROPELLER tehnika zelo pomembna pri slikanju pacientov z povečano možnostjo artefaktov zaradi premikanja.
Nagatomo in sodelavci (2015) so opravljali klinično študijo na 15 zdravih prostovoljcih. Namen je bil oceniti uporabnost PROPELLER tehnike za izničevanje popačenj zaradi gibanja pri slikanju rame ter kako spremembe parametrov vplivajo na kakovost slike. Slikanje je potekalo na 1,5 T aparatu z uporabo 5 kanalne RAPID tuljave. Slike so nastale z in brez uporabe PROPELLER tehnike. Uporabili so T2 TSE pulzno zaporedje v sagitalni ravnini ter PG FSE v koronarni ravnini. Pulzni zaporedji sta bili izvedeni z uporabo FAT-SAT tehnike. Slikanje je potekalo z namerno ustvarjenimi premiki roke v razmaku 20 sekund s trajanjem 1-2 sekunde.
Prostovoljci so med slikanjem roko namerno obračali za 90 stopinj ter s tem ustvarili popačenja zaradi premikanja. Pri obeh zaporedjih so z uporabo PROPELLER tehnike opazili zmanjšanje izraženosti artefaktov zaradi premikanja, m. supraspinatus ter m. infraspinatus sta prav tako bili lepše prikazani na slikah z PROPELLER tehniko, med tem ko se prikaz labruma ter ostalih mišic rotatorne manšete ni izboljšal.
Levdas in sodelavci (2015) so na 41 pacientih opravili raziskavo, s katero so želeli ugotoviti ali BLADE tehnika na T2 ter PG FAT-SAT sliki zmanjša popačenje zaradi premikanja ter pulziranja žil, brez da bi se poslabšalo razmerje signal šum (RSŠ) ali podaljšal čas slikanja.
Slikali so z aparatom 1,5 T ter uporabili površinsko fazno nanizano body tuljavo. Opravili so slikanje z ter brez uporabe BLADE tehnike za vsako pulzno zaporedje. Ugotovili so, da BLADE tehnika izboljša kakovost slike, poveča diagnostično vrednost slike ter izniči popačenja zaradi gibanja.
11
2 NAMEN
Namen diplomske naloge je bila primerjava T2 TSE pulznega zaporedja in PG TSE pulznega zaporedja z zasičenjem signala iz maščobe (SPAIR) z in brez uporabe MultiVane tehnike pri slikanju rame. Glavni cilj je bil oceniti prisotnost popačenj zaradi fizioloških premikov na T2 TSE pulznem zaporedju in PG TSE pulznem zaporedju z zasičenjem signala iz maščobe (SPAIR).
2.1 Raziskovalna vprašanja
Ali obstaja statistična razlika pri T2 TSE pulznem zaporedju z in brez uporabe MultiVane tehnike slikanja pri slikanju rame? (Lucija Žmuc)
Ali obstaja statistična razlika pri PG TSE pulznem zaporedju z zasičenjem signala iz maščobe (SPAIR) z in brez uporabe MultiVane tehnike slikanja pri slikanju rame? (Žan Tičar)
12
3 METODE DELA
Pri izdelavi diplomskega dela smo uporabili deskriptivno metodo za pregled strokovne literature s področja magnetne resonance. Literaturo smo iskali na spletu s pomočjo večjih podatkovnih baz kot so PubMed, Reaserch Gate, Science Direct, Springer Link, Google Scholar in Wiley Online Library. Ključne besede, ki smo jih uporabili pri iskanju so bile: MR, MultiVane, PROPELLER, BLADE, motion, artifacts, k-space, pulse sequences, acquisition, image.
Po končanem pregledu literature smo na Centru za klinično fiziologijo Medicinske fakultete Univerze v Ljubljani izvedli študijo primera osmih zdravih prostovoljcev, katerih podatke smo anonimizirali ter jih odstranili iz vseh pridobljenih slik. Vsi prostovoljci so bili seznanjeni s potekom in trajanjem raziskave ter niso imeli nobenih kontraindikacij za izvedbo raziskave z magnetno resonanco. Slikali smo jim ramo z aparatom Phillips Achieva 3.0T TX z dS sistemom, uporabili pa smo namensko 16 kanalno tuljavo za slikani predel. Uporabili smo T2 TSE pulzno zaporedje v koronarni ravnini in PG TSE pulzno zaporedje z zasičenjem signala iz maščobe (SPAIR) v transverzalni ravnini z in brez MultiVane tehnike. Parametri pulznih zaporedij so bili podobni zaradi primerjave vpliva te tehnike. Nato smo ocenili kakovost posameznih slik. Ocenili smo prisotnost fizioloških popačenj, kot so premikanje zaradi dihanja in pulziranja žil ter ločljivost robov. Slike smo ocenili z ocenjevalno lestvico po priporočilih Dietrich in sodelavcev (2011), ki je je opisana v podpoglavju ocenjevanje slik. Za oceno kakovost slik smo uporabili programsko opremo Philips IntelliSpace in ImageJ. Pridobljene podatke smo tudi statistično obdelali s programom IBM SPSS.
Za izvedbo raziskave smo pridobili soglasje vodje Centra za klinično fiziologijo Medicinske fakultete v Ljubljani in Komisije Republike Slovenije za medicinsko etiko. Prostovoljci so za pristop k raziskavi izpolnili pisno privolitev v izvedbo raziskave z magnetno resonanco ter pisno privolitev v raziskavo z naslovom Uporaba MultiVane tehnike pri magnetno resonančnem slikanju rame.
3.1 Potek preiskave
Slikanje smo začeli s seznanjanjem prostovoljcev s potekom preiskave. Pregledali smo izpolnjeno soglasje ter MR vprašalnik. Prostovoljcem smo nato dali napotke za odstranitev
13
kovinskih predmetov s telesa ter jih pospremili v prostor z aparatom. Priskrbeli smo jim zaščitne čepke za ušesa, ki so jih namestili pred nastavitvijo v tuljavo. Prosili smo jih, da se udobno namestijo na mizo v hrbtnem položaju z glavo proti MR aparatu, slikano ramo pa namestijo v namensko 16 kanalno tuljavo. Roko smo namestili v takšen položaj, da je bila obrnjena navzven. S penastimi blazinami pa smo podložili glavo, tako da so bili vsi prostovoljci udobno nameščeni, s čimer smo jim olajšali potek preiskave. Z laserskim žarkom smo centrirali na sredino namenske tuljave, nato pa smo jih zapeljali v sredino MR aparata.
3.2 Protokol slikanja
Slikanje smo pričeli s pregledno sliko v transverzalni ravnini za nastavitev naslednje pregledne slike v treh ravninah za nastavitev rezin. PG SPAIR TSE slikanje smo izvedli v transverzalni ravnini, za katero smo rezine nastavili na pregledni sliki v koronarni ravnini. Rezine smo nastavili pravokotno na glenohumeralni sklep, na sagitalni pregledni sliki pa smo jih poravnali tako, da so potekale pravokotno na glavo nadlahtnice. Z rezinami smo prikazali področje od akromioklavikularnega sklepa ter dodali dve rezini pod spodnji glenohumeralni ligament. T2 TSE slikanje pa smo izvedli v koronarni ravnini, za katero smo rezine nastavili na pregledno sliko v transverzalni ravnini vzporedno z mišico nadgrebenčnico (m. supraspinatus). Poravnali smo jih tudi na pregledni sliki v sagitalni ravnini vzporedno z glavo nadlahtnice. Velikost vidnega polja je zajemala področje od korakoidnega odrastka (processus coracoideus) do male okrogle mišice na hrbtni strani (m. teres minor).
Najprej smo opravili PG SPAIR TSE slikanje z uporabo MultiVane tehnike ter nato brez nje nadaljevali pa smo z T2 TSE slikanjem z uporabo MultiVane tehnike ter nato brez.
14
Tabela 1: Parametri slikanja
PG SPAIR
TSE MV PG SPAIR
TSE T2 TSE MV T2 TSE
FOV 160 × 160 mm 160 × 160 mm 160 × 160 mm 160 × 160 mm Voxel 0,6 × 0,6 mm 0,6 × 0,6 mm 0,47 × 0,47 mm 0,47 × 0,47 mm
Matrika 268 × 268 268 × 247 340 × 340 340 × 338
Debelina reza 2,5 mm 2,5 mm 2,5 mm 2,5 mm
GAP 0,25 0,25 0,25 0,25
NSA 1 2 1 1
SENSE 1,3 1,3 1,3 1,3
TR 2477 ms 2905 ms 3000 ms 3000 ms
TE 40 ms 30 ms 90 ms 80 ms
FA 90° 90° 90° 90°
% MV 200 / 200 /
Shots/Blade 4 / 2 /
Čas slikanja 3:43 min 4:45 min 2:42 min 4:42 min
3.3 Ocenjevanje slik
Slike v raziskavi sta ocenjevala dva izkušena radiološka inženirja po 5-stopenjski ocenjevalni lestvici. Ocenjevala sta, kako se pri obeh pulznih zaporedjih z in brez MultiVane tehnike kažejo različna popačenja, kot so: popačenja zaradi dihanja ter pulziranja žil, splošno kakovost MR slike in delineacijo mišic m. supraspinatus, m. infraspinatus, m. teres minor ter m.
subscapularis. Ocena 5 opisuje sliko brez popačenj, ocena 4 minimalna popačenja, ocena 3 zmerna popačenja, ocena 2 sliko z veliko popačenj in ocena 1 diagnostično neuporabno sliko.
Rezultate njunih ocenjevanj smo razporedili v Excel tabelo.
Statistično analizo slik smo naredili v SPSS programu. Z uporaba Wilcoxonovega testa (v primeru nenormalno porazdeljenih spremenljivk) smo primerjali med seboj slike z in brez
15
MultiVane tehnike znotraj vsakega pulznega zaporedja. Če je bila p vrednost manjša od 0,05, smo zavrgli ničelno hipotezo, kar je pomenilo, da ni statistično značilnih razlik med slikami brez MV in tistimi z. Za vprašanje, če obstajajo statistične razlike med ocenjevalcema, pa smo uporabili Spearmanov test korelacije in preverili vrednost Kappa koeficienta, ki so bile v skladu s statističnimi merili.
Tabela 2: Vrednosti Kappa koeficienta (Žibert, 2019)
Vrednost Kappa koeficienta Stopnja ujemanja
0,81 – 1 Skoraj popolna
0,61 – 0,80 Znatna
0,41 – 0,60 Dobra
0,21 – 0,40 Zmerna
0,0 – 0,20 Rahla
< 0 Slaba
Vsako sliko smo nato pregledali v programi ImageJ, kjer nas je zanimalo, kako se porazdelijo podatki v k-prostoru brez in z uporabo MultiVane tehnike. To smo naredili tako, da smo s FT prikazali frekvenčni prostor vsake slike in opazovali razlike med slikami.
16
4 REZULTATI
Na začetku rezultatov bomo prikazali slike in porazdelitev podatkov v k-prostoru, na koncu pa bomo prikazali še statistično analizo podatkov.
Slika 4: PG SPAIR TSE TRA obtežena slika brez MultiVane tehnike
Prvo pulzno zaporedje, ki smo ga uporabili pri raziskavi, je PG SPAIR TSE v transverzalni ravnini. Leva slika prikazuje običajno MR sliko rame, medtem ko desna prikazuje magnitudni spekter iste slike. Vidimo, da so podatki porazdeljeni v obliki kvadrata in prikazujejo kartezijski način polnitve k-prostora (slika 4).
Slika 5: PG SPAIR TSE TRA obtežena slika z MultiVane tehniko
17
Slika 5 prav tako prikazuje PG SPAIR TSE obteženo sliko, s to razliko, da smo uporabili MV tehniko. Najprej opazimo, da je FOV leve slike okrogel, ker so podatki v frekvenčnem prostoru porazdeljeni zvezdno.
Slika 6: T2 TSE COR obtežena slika brez MultiVane tehnike
Drugo pulzno zaporedje, ki smo ga uporabili pri raziskavi, je T2 TSE. Slika 6 prikazuje kartezijski način polnjenja k-prostora brez uporabe MultiVane tehnike, ker so podatki na magnitudni sliki razporejeni v obliki kvadrata.
18
Slika 7: T2 TSE COR obtežena slika z MultiVane tehniko
Na sliki 7 pa smo pri T2 TSE pulznem zaporedju uporabili še MultiVane tehniko, kar vidimo iz zvezno porazdeljenih podatkov v frekvenčnem prostoru.
Vse statistične podatke smo pridobili iz programa IBM SPSS Statistics 25. Najprej smo začeli z ujemanjem ocen dveh ocenjevalcev, kar smo preverili s Kappa koeficientom, katerega vrednost je znašala 1. To pomeni, da je bilo ujemanje med ocenjevalcema skoraj popolno. Slike sta ocenjevala s pomočjo ocenjevalne lestvice, ki je prikazana v Prilogi 1. Najslabša ocena je bila ocena 3, s katero je bilo ocenjeno pulzno zaporedje PG SPAIR TSE brez MultiVane tehnike in se je nanašala na prikaz m. subscapularis. Ostale slike so bile ocenjene z ocenama 4 in 5.
19
Tabela 3: Povprečne vrednosti ter vrednosti standardnega odklona pri posameznih pulznih zaporedjih
Pulzna zaporedja Povprečna
vrednost
Standardni odklon PG SPAIR TSE brez MV TRA pri popačenjih zaradi dihanja 4,38 0,183 PG SPAIR TSE z MV TRA pri popačenjih zaradi dihanja 5 0,00 T2 TSE brez MV COR pri popačenjih zaradi dihanja 4,38 0,183
T2 TSE z MV COR pri popačenjih zaradi dihanja 5 0,00
PG SPAIR TSE brez MV TRA pri popačenjih zaradi pulziranja
4,13 0,125
PG SPAIR TSE z MV TRA pri popačenjih zaradi pulziranja 5 0,00 T2 TSE brez MV COR pri popačenjih zaradi pulziranja 4,88 0,125 T2 TSE z MV COR pri popačenjih zaradi pulziranja 5 0,00 PG SPAIR TSE brez MV TRA pri splošni kakovosti slike 5 0,00 PG SPAIR TSE z MV TRA pri splošni kakovosti slike 5 0,00
T2 TSE brez MV COR pri splošni kakovosti slike 5 0,00
T2 TSE z MV COR pri splošni kakovosti slike 5 0,00
PG SPAIR TSE brez MV TRA pri m. supraspinatus 4,88 0,125
PG SPAIR TSE z MV TRA pri m. supraspinatus 5 0,00
T2 TSE brez MV COR pri m. supraspinatus 5 0,00
T2 TSE z MV COR pri m. supraspinatus 5 0,00
PG SPAIR TSE brez MV TRA pri m. infraspinatus 4,88 0,125
PG SPAIR TSE z MV TRA pri m. infraspinatus 5 0,00
T2 TSE brez MV COR pri m. infraspinatus 5 0,00
T2 TSE z MV COR pri m. infraspinatus 5 0,00
PG SPAIR TSE brez MV TRA pri m. teres minor 4,88 0,125
PG SPAIR TSE z MV TRA pri m. teres minor 5 0,00
T2 TSE brez MV COR pri m. teres minor 5 0,00
T2 TSE z MV COR pri m. teres minor 5 0,00
PG SPAIR TSE brez MV TRA pri m. subscapularis 3,88 0,227
PG SPAIR TSE z MV TRA pri m. subscapularis 5 0,00
T2 TSE brez MV COR pri m. subscapularis 4,38 0,183
T2 TSE z MV COR pri m. subscapularis 5 0,00
20
Tabela 3 prikazuje povprečne vrednosti ter vrednosti standardnega odklona ocen slik za vsako pulzno zaporedje posamezno. Pulzna zaporedja prikazana v tabeli so PG SPAIR TSE v transverzalni ravnini z in brez uporabe MultiVane tehnike ter T2 TSE pulzno zaporedje v koronarni ravnini z in brez uporabe MultiVane tehnike. Pulzna zaporedja smo ocenjevali za vsako vrsto popačenj posebej, za prikaz vsake mišice rotatorne manšete posamezno ter za splošno kakovost slike.
Nato smo za vse podatke naredili test normalnosti, pri katerem so bile p vrednosti za vsa zaporedja p = 0,000, razen pri pulznem zaporedju PG SPAIR TSE brez MultiVane v transverzalni ravnini pri m. subscapularis, kjer je znašala p = 0,037. Iz tega razberemo, da podatki niso normalno porazdeljeni, saj je p < 0,05. Da bi ugotovili, če obstaja statistična razlika med posameznimi pulznimi zaporedji, smo izvedli neparametrični test odvisnih spremenljivk - Wilcoxonov test.
21
Tabela 4: p vrednosti Wilcoxonovega testa pri posameznih pulznih zaporedjih
Pulzna zaporedja p vrednost
PG SPAIR TSE brez MV TRA pri popačenjih zaradi dihanja PG SPAIR TSE z MV TRA pri popačenjih zaradi dihanja
0,025 T2 TSE brez MV COR pri popačenjih zaradi dihanja
T2 TSE z MV COR pri popačenjih zaradi dihanja
0,025
PG SPAIR TSE brez MV TRA pri popačenjih zaradi pulziranja PG SPAIR TSE z MV TRA pri popačenjih zaradi pulziranja
0,008 T2 TSE brez MV COR pri popačenjih zaradi pulziranja
T2 TSE z MV COR pri popačenjih zaradi pulziranja
0,317 PG SPAIR TSE brez MV TRA pri splošni kakovosti slike
PG SPAIR TSE z MV TRA pri splošni kakovosti slike
1 T2 TSE brez MV COR pri splošni kakovosti slike
T2 TSE z MV COR pri splošni kakovosti slike
1 PG SPAIR TSE brez MV TRA pri m. supraspinatus
PG SPAIR TSE z MV TRA pri m. supraspinatus
0,317
T2 TSE brez MV COR pri m. supraspinatus T2 TSE z MV COR pri m. supraspinatus
1 PG SPAIR TSE brez MV TRA pri m. infraspinatus
PG SPAIR TSE z MV TRA pri m. infraspinatus
0,317 T2 TSE brez MV COR pri m. infraspinatus
T2 TSE z MV COR pri m. infraspinatus
1 PG SPAIR TSE brez MV TRA pri m. teres minor
PG SPAIR TSE z MV TRA pri m. teres minor
0,317 T2 TSE brez MV COR pri m. teres minor
T2 TSE z MV COR pri m. teres minor
1 PG SPAIR TSE brez MV TRA pri m. subscapularis
PG SPAIR TSE z MV TRA pri m. subscapularis
0,014
T2 TSE brez MV COR pri m. subscapularis T2 TSE z MV COR pri m. subscapularis
0,025
22
Tabela 4 prikazuje p vrednosti Wilcoxonovega testa. S tem smo prikazali ali obstaja statistična razlika pri T2 TSE pulznem zaporedju in PG SPAIR TSE pulznem zaporedju z zasičenjem signala iz maščobe z in brez uporabe MultiVane tehnike slikanja pri slikanju rame.
Pri T2 TSE COR pulznem zaporedju brez in z uporabo MultiVane (p = 0,317) pri popačenjih zaradi pulziranja, pri T2 TSE COR in PG SPAIR TSE COR z in brez MultiVane (p = 1) pri oceni splošne kakovosti slike, pri T2 TSE COR (p = 1) in PG SPAIR TSE COR z in brez MultiVane (p = 0,317) pri oceni m. supraspinatus, pri T2 TSE COR (p = 1) in PG SPAIR TSE COR z in brez MultiVane (p = 0,317) pri oceni m. infraspinatus ter pri T2 TSE COR (p = 1) in PG SPAIR TSE COR z in brez MultiVane (p = 0,317) pri oceni m. teres minor je p > 0,05. To pomeni, da za te posamezne primere ni statistično značilnih razlik v podatkih med pulznima zaporedjema, pri vseh ostalih pa obstajajo statistične razlike.
23
5 RAZPRAVA
Z diplomsko nalogo smo želeli oceniti prisotnost popačenj zaradi premikanja na T2 TSE in PG SPAIR TSE pulznem zaporedju ter če obstajajo statistične razlike med tema dvema zaporedjema z in brez uporabe MultiVane tehnike.
Na začetku rezultatov smo prikazali primerjavo slik med pulznima zaporedjema z in brez MultiVane tehnike in porazdelitvijo podatkov v k-prostoru. Ugotovili smo, da se na PG SPAIR TSE TRA obteženi sliki brez MultiVane tehnike (Slika 2) popačenja kažejo kot zameglitve, ki so nastala zaradi dihanja. Celoten čas slikanja je bil 4:45 min. Ker z MV tehniko večkrat vzorčimo podatke v sredini k-prostora, s tem zmanjšamo popačenja, kar je razvidno na Sliki 3.
Čas slikanja smo z uporaba paralelnega slikanja SENSE skrajšali na 3:43 min, s tem pa se je zmanjšalo tudi razmerje signal šum (RSŠ). Na Sliki 4 je prikazano drugo pulzno zaporedje, ki smo ga uporabili v raziskavi, in sicer T2 TSE. Na levi sliki prav tako vidimo popačenja zaradi dihanja, ki poslabšajo diagnostično uporabnost slike. Desna slika pa prikazuje porazdelitev podatkov pri kartezijskem načinu polnjenja k-prostora, ki je podoben PG SPAIR TSA pulznemu zaporedju brez MV. Čas slikanja je bil 3:36 min. Na T2 TSA obteženi sliki z MV tehniko pa vidimo, da smo tudi tu z uporabo MV tehnike zmanjšali popačenja zaradi premikanja. Skrajšali smo tudi čas slikanja in sicer na 2:42 min, s tem pa je padlo tudi RSŠ (Slika 5).
Na podlagi statističnih podatkov smo ugotovili, da obstajajo statistično značilne razlike med določenimi pulznimi zaporedji z in brez uporabe MultiVane tehnike, torej se je število popačenj na sliki zmanjšalo, oziroma popačenja sploh niso bila prisotna.
Arfanakis in sodelavci (2005) so v svoji raziskavi ugotovili, da zajemanje podatkov z MultiVane tehniko traja dlje kot običajna FSE slikanja ter da MultiVane tehnika občutno pripomore k zmanjševanju popačenj zaradi premikanja. V njihovem primeru se je čas zajemanja slik z uporabo MultiVane za posamezno zaporedje podaljšal za 50 % v primerjavi z navadnim FSE slikanjem.
Dietrich in sodelavci (2011) v svoji študiji navajajo, da uporaba PROPELLER tehnike občutno zmanjša število popačenj na sliki. S tem se je izboljšala tudi splošna kakovost slike in boljša uporaba MV tehnike pri MR slikanju. Kot pomanjkljivost te tehnike so navedli podaljšan čas slikanja, saj se je podaljšal od 28 s do 1 min 18 s na vsako pulzno zaporedje (T2 fs FSE), ki so jih uporabili v študiji, a je zato boljši RSŠ. Popačenja zaradi pulziranja so sicer prisotna, a v
24
tako majhni meri, da niso motila diagnostične uporabnosti slike. Kljub temu je PROPELLER tehnika zmanjšala tudi ta popačenja. Kot slabost njihove študije navajajo tudi, da je bila tehnika uporabljena samo pri T2 pulznih zaporedjih in ne pri T1. Prav tako so ocenjevali samo prisotnost popačenj in kakovost slike, ne pa tudi diagnostične natančnosti te tehnike.
PROPELLER tehnika za MR rame zmanjšuje število popačenj zaradi gibanja v primerjavi z njeno neuporabo, zato je tehnika primerna tudi za tiste paciente, ki so klavstrofobični. Slabost, ki so jo navedli je še, da so popačenja zaradi kovine bolj prisotna in bolj motijo sliko, prav tako pa se podaljša čas slikanja.
Levdas in sodelavci (2015) so v svoji raziskavi BLADE tehnike ugotovili, da se tekočine na T2 sliki veliko bolje prikažejo pri slikanju mišično skeletnega sistema, kar največkrat nakazuje na patologijo. Prav tako se bolje prikaže spinalni kanal z večjim signalom iz likvorja. Navajajo, da je imela nadlahtnica slabše RSŠ, kar pa ni pomenilo, da je slika slabše kakovosti, ampak da so s tem dobili še večji kontrast med cisto, kostnim edemom in zlomom. Uporabili so T1, T2 in PG slikanje v vseh treh ravninah s in brez Fat Sat. BLADE tehnika je pomembna pri slikanju rame, vendar je položaj pacienta neprijeten, celo slikanje pa traja okoli 20 min. V svoji študiji so uporabili paciente s Parkinsonovo boleznijo. Slike brez BLADE tehnike so bile diagnostično neuporabne, medtem ko so slike s to tehniko občutno zmanjšale popačenja in izboljšale splošno kakovost slike. Priporočajo uporabo BLADE tehnike pri T2 SAG in COR, kot standarden protokol slikanja.
Nagatomo in sodelavci (2015) so v svoji raziskavi odkrili, da so se na T2 FSE in PG FSE občutno zmanjšala popačenja zaradi gibanja z uporabo PROPELLER tehnike tako na SAG, kot tudi COR ravnini. Svoje rezultate so primerjali z Dietrich in sodelavci (2011) in Levadas in sodelavci (2015) ter potrdili, da se število popačenj zaradi gibanja zmanjša, splošna kakovost slike pa se izboljša. Na SAG sliki T2 FSE so opazili izboljšano vidljivost oz. delineacijo m.
supraspinatus in m. infraspinatus, medtem ko se vidljivost drugih mišic ni spremenila. T2 FSE slikanje se je podaljšalo za 3 min 37 s, PG FSE pa za 4 min 5 s, kar pa je predolgo, da bi se uporabljalo kot standarden protokol. Kot slabosti svoje študije so navedli opravljanje raziskave na mladih prostovoljcih, ki niso imeli pridruženih bolezni ali težav, ki bi povzročale premikanje pacienta. Prav tako pa navajajo, da niso mogli preveriti RSŠ z in brez tehnike, ker so uporabili paralelno slikanje samo pri pulznih zaporedjih brez PROPELLER tehnike.
Za izvedbo naše raziskave, smo se odločili uporabiti dve pulzni zaporedji z in brez MultiVane tehnike, da bi ugotovili kako ta tehnika vpliva na popačenja ter kako se to kaže na posameznih
25
slikah. Za oceno nastalih slik smo uporabili ocenjevalni list (Priloga 1), ki smo ga povzeli po raziskavi, ki so jo opravili Dietrich in sodelavci (2011), ter ga priredili tako, da smo lahko poleg popačenj ocenili tudi vpliv MultiVane tehnike na splošno kakovost slike in pridobili ocene vidljivosti posameznih mišic rotatorne manšete. Najslabša ocena je bila ocena 3 pri pulznem zaporedju PG SPAIR TSE brez MultiVane tehnike za oceno prikaza m. subscapularis, kar po naši ocenjevalni lestvici pomeni prikaz zmernih popačenj na sliki. Najboljše ocene, torej ocena 5, so pripadale vsem pulznim zaporedjem, pri katerih smo uporabili MultiVane tehniko, kar po naši ocenjevalni lestvici pomeni, da so bile slike brez popačenj.
Za izvedbo naše raziskave smo želeli ohraniti čimbolj enake parametre slikanja med istima pulznima zaporedjema z in brez MultiVane tehnike. Pri PG SPAIR TSE pulznem zaporedju so se parametri med zaporedjema z in brez MultiVane tehnike razlikovali le v velikosti matrike, NSA, TR, TE ter v času trajanja slikanja. TR se je pri uporabi MultiVane zmanjšal iz 2905 ms na 2477 ms, TI se je povečal iz 30 ms na 40 ms, čas samega slikanja pa se je skrajšal iz 4:45 min na 3:43 min. Faktor NSA se je pomanjšal iz 2 na 1, velikost matrike pa se je malenkost povečala, iz 268 × 247 na 268 × 268. Pri T2 TSE pulznem zaporedju se je spremenila velikost matrike, TE ter čas slikanja. Pri uporabi MultiVane tehnike za T2 TSE pulzno zaporedje se je velikost matrike povečala iz 340 × 338 na 340 × 340, TE se je povečal iz 80 ms na 90 ms, čas slikanja pa se je skrajšal iz 4:42 min na 2:42 min. Ostali parametri slikanja so prikazani v Tabeli 1.
Po pregledu literature smo ugotovili, da največjo težavo za klinično uporabo MultiVane tehnike za slikanje predstavlja čas slikanja. Ta se je, pri vseh do sedaj izvedenih raziskavah, ki smo jih povzeli v naši raziskavi, podaljšal. V naši raziskavi pa smo ugotovili, da če se za slikanje uporabi tuljava, ki omogoča uporabo paralelnega slikanja (SENSE), je čas slikanja krajši od tistega, ki je potreben za klasično slikanje s PG SPAIR TSE oziroma T2 TSE pulznim zaporedjem. Prav tako so rezultati naše raziskave pokazali podobne rezultate kot v literaturi, in sicer zmanjšanje prikaza popačenj zaradi dihanja ter pulziranja na slikah, ki so bile pridobljene z uporabo MultiVane tehnike, posledično pa se je izboljšala tudi diagnostična vrednost slike ter vidljivost posameznih mišic, kjer so bila prej prisotna popačenja.
Pri nekaterih pulznih zaporedjih smo ugotovili, da med pulznimi zaporedji z in brez uporabo MultiVane tehnike ni statistično značilnih razlik, kar pa ne pomeni, da so slike z MultiVane tehniko slabše kakovosti, oziroma da MultiVane tehnika ni izboljšala kakovosti slike. Slike, ki se med seboj niso statistično razlikovale pred in po uporabi MultiVane tehnike, so po našem
26
mnenju bile že pri prvem slikanju brez MultiVane tehnike visoke kakovosti ter brez popačenj, kar pripisujemo temu, da so v raziskavi sodelovali zdravi mladi prostovoljci brez kakršnih koli pridruženih bolezni oziroma poškodb v predelu ramenskega sklepa. Prostovoljci so bili vsi brez bolečin v predelu, ki je bil slikan, in tudi niso imeli težav z ležanjem pri miru oziroma kakršnih koli drugih težav kot je npr. klavstrofobija.
Prednost naše raziskave je bila, da smo slikanja izvajali v nadzorovanem okolju in da smo sami izbrali prostovoljce za slikanje. Pomanjkljivosti raziskave pa so, da smo raziskavo izvajali na zdravih mladih prostovoljcih, ki niso imeli nobenih pridruženih bolezni ter drugih težav, zaradi katerih bi se slikanje lahko otežilo. Posledično smo zato že pri slikanju brez uporabe MultiVane tehnike pridobili visoko kakovostne slike brez prisotnosti popačenj, kar je razvidno iz ocen v Prilogi 1. Uporabnosti MultiVane tehnike tako nismo mogli učinkovito dokazati, kot bi to lahko storili v kliničnem okolju, kjer ne bi mogli poljubno izbirati prostovoljcev, kar pomeni da smo lahko uporabnost in učinkovitost te tehnike dokazali le do neke mere. Kot pomanjkljivost štejemo tudi število prostovoljcev, ki so sodelovali v raziskavi, ker jih je bilo samo osem, kar pomeni, da se tehnika morda ne bi izkazala za tako dobro, če bi bilo to število višje. Zato našo raziskavo uvrščamo bolj med pilotne študije, vendar ima potencial za nadaljnje raziskovanje na večjem številu udeleženih prostovoljcev, da se lahko podrobneje določi, če je uporaba tehnike smiselna v kliničnem okolju. Pomanjkljivost raziskave se kaže tudi v tem, da smo za slikanje izbrali samo en predel telesa ter raziskovali vpliv te tehnike samo tam, v nadaljnje pa bi bilo smiselno opraviti podobne raziskave še za druge predele oziroma organe, saj se po našem mnenju MultiVane tehnika lahko izkaže za uporabno še pri velikem številu drugih preiskav.
27
6 ZAKLJUČEK
Diplomsko delo je sestavljeno iz pregleda tuje literature ter naše raziskave. V teoretičnem delu je opisana anatomija rame, pulzna zaporedja uporabljena v raziskavi, k-prostor ter način polnitve k-prostora z in brez uporabe MultiVane tehnike ter osnove delovanja MultiVane tehnike. Empirični del pa sestoji iz raziskave in primerjave naših ugotovitev ter rezultatov z ugotovitvami tuje literature.
Na podlagi rezultatov smo prišli do zaključka, da MultiVane tehnika pri slikanju rame zmanjša oziroma odstrani popačenja na sliki, ki so nastala zaradi različnih fizioloških vzrokov, izboljša samo kvaliteto slike, izboljša diagnostično uporabnost in pripomore k boljšemu prikazu mišic rotatorne manšete.
Vendar pa do sedaj uporabnost MultiVane tehnike, zaradi neraziskanosti vseh prednosti, še ni uveljavljena kot standard pri preiskavah v katerih bi jo bilo možno uporabiti.
Menimo, da uporaba MultiVane tehnike za enkrat še ni dovolj uporabna v klinični praksi, zaradi neraziskanosti njenih potencialov, kar pomeni, da se kot standard slikanja ramenskega sklepa za enkrat še uporablja klasični način slikanja.
28
7 LITERATURA IN DOKUMENTACIJSKI VIRI
Arfanakis K, Tamhane A, Pipe JG et al. (2005). k-space Undersampling in PROPELLER Imaging. Magnetic Resonance in Medicine 53(3):675-83. doi: 10.1002/mrm.20380 Dostopno na: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/mrm.20380 <21. 10. 2020>.
Bitar R, Leung G, Perng, R, Tadros S, Moody AR, Sarrazin J, Roberts TP (2006). MR pulse sequences: What every radiologist wants to know but is afraid to ask. Radiographics. doi:
10.1148/rg.262055063 Dostopno na: https://doi.org/10.1148/rg.262055063 <21. 10. 2020>.
Blaimer M, Breuer F, Mueller M, Heidemann RM, Griswold MA, Jakob PM (2004).
SMASH, SENSE, PILS, GRAPPA How to Choose the Optimal Method. Top Magn Reson Imaging. Volume 15; 4:223-36. Dostopno na:
https://www.researchgate.net/publication/8178233_SMASH_SENSE_PILS_GRAPPA_how_t o_choose_the_optimal_method <29. 7. 2021>.
Dietrich TJ, Ulbrich EJ, Zanetti M, Fucentese SF, Pfirrmann CWA (2011). PROPELLER technique to improve image quality of MRI of the shoulder. American Journal of Roentgenology, 197(6). doi: 10.2214/AJR.10.6065 Dostopno na:
https://doi.org/10.2214/AJR.10.6065 <3. 3. 2021>.
Del Grande F, Santini F, Herzka DA, Aro MR, Dean CW, Gold GE, Carrino JA (2014). Fat- Supression Techniques for 3-T MR Imaging of the Musculoskeletal System. RadioGraphics.
34:217-33. January-February. doi: 10.1148/rg.341135130 Dostopno na:
https://pubs.rsna.org/doi/pdf/10.1148/rg.341135130 <3. 3. 2021>.
Eovaldi BJ, Varacallo M (2018). Anatomy, Shoulder and Upper Limb, Shoulder Muscles.
National Library of Medicine.
Dostopno na:
https://www.researchgate.net/publication/329670571_Anatomy_Shoulder_and_Upper_Limb_
Shoulder_Muscles <24. 2. 2021>.
Foss EW, Weldon SB, Crawford DC (2015). MRI of the Shoulder in Adults. AAOS Instuctional Course Lectures. Volume 64; 75-86.
Dostopno na: https://acreditacion-fmc.org/ICL64/pdf/ICL_chapter_07.pdf <3. 3. 2021>.
29
Gallagher TA, Nemeth AJ, Hacein-Bey L (2008). An introduction to the Fourier transform:
Relationship to MRI. American Journal of Roentgenology. doi: 10.2214/AJR.07.2874 Dostopno na : https://doi.org/10.2214/AJR.07.2874 <24. 2. 2021>.
Haładaj R, Wysiadecki G, Clarke E, Polguj M, Topol M (2019). Anatomical Variations of the Pectoralis Major Muscle: Notes on Their Impact on Pectoral Nerve Innervation Patterns and Discussion on Their Clinical Relevance. BioMed Research International, 2019, 13–5. doi:
10.1155/2019/6212039 Dostopno na: https://doi.org/10.1155/2019/6212039 <24. 2. 2021>.
Havsteen I, Ohlhues A, Madsen KH et al. (2017). Are Movement Artifacts in Magnetic Resonance Imaging a Real Problem? – A Narrative Review. Forntiers in neurology, Volume 8, 232. doi: 10.3389/fneur.2017.00232
Dostopno na: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5447676/pdf/fneur-08- 00232.pdf <21. 10. 2020>.
Heiland S (2008). From a as in aliasing to z as in zipper: artifacts in MRI. Clinical neuroradiology 18(1): 25–36. doi: 10.1007/s00062-008-8003-y
Dostopno na: http://mriquestions.com/uploads/3/4/5/7/34572113/artifacts_a_to_z.pdf <21. 10.
2020>.
Huang SY, Seethamraju RT, Patel P, Hahn PF, Kirsch JE, Guimaraes AR (2015). Body MR imaging: Artifacts, k-space, and solutions. Radiographics, 35(5). doi: 10.1148/rg.2015140289
<24. 2. 2021>. Dostopno na: https://pubs.rsna.org/doi/pdf/10.1148/rg.2015140289 <29. 7.
2021>.
Jeno SH, Varacallo M (2018). Anatomy, Back, Latissimus Dorsi. National Library of Medicine.
Dostopno na:
https://www.researchgate.net/publication/329714635_Anatomy_Back_Latissimus_Dorsi
<24. 2. 2021>.
Kang KA, Kim YK, Kim E et al. (2015). T2-Weighted Liver MRI Using the MultiVane Technique at 3T: Comparison with Conventional T2-Weighted MRI. Korean Journal of Radiology. Sep-Oct;16(5):1038-46. doi: 10.3348/kjr.2015.16.5.1038 Dostopno na:
30
https://europepmc.org/backend/ptpmcrender.fcgi?accid=PMC4559775&blobtype=pdf <21.
10. 2020>.
Katti G, Ara SA, Shireen A (2011). Magnetic Resonance Imaging (MRI) – A Review.
International Journal of Dental Clinics 3(1): 65-70.
Dostopno na:
https://www.researchgate.net/publication/279471369_Magnetic_resonance_imaging_MRIl_- _A_review <21. 10. 2020>.
Lavdas E, Vlychou M, Zaloni E, Vassiou K, Tsagkalis A, Dailiana Z, Fezoulidis I (2015).
Elimination of Motion and Pulsation Artifacts Using BLADE Sequences in Shoulder MR Imaging. Skeletal Radiology. 44(11): 1619-26. doi: 10.1007/s00256-015-2232-3
Dostopno na: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/26306388/ <3. 3. 2021>.
Mohr A, Roemer FW, Genant HK, Liess C (2003). Using Fat-Saturated Proton Density- Weighted MR Imaging to Evaluate Articular Cartilage. American Journal of Roentgenology.
181: 280-2. doi: 10.2214/ajr.181.1.1810280a
Dostopno na: https://www.ajronline.org/doi/full/10.2214/ajr.181.1.1810280a <3. 3. 2021>.
Moratal D, Vallés-Luch A, Martí-Bonmati L, Brummers ME (2008). k-Space tutorial: An MRI educational tool for a better understanding of k-space. Biomedical Imaging and Intervention Journal, 4(1). doi: 10.2349/biij.4.1.e15 Dostopno na:
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3097694/pdf/biij-04-e15.pdf <29. 7. 2021>.
Nagatomo K, Yabuuchi H, Yamasaki Y, Narita H, Kumazawa S, Kojima T, Sakai N, Masaki M, Kimura H (2016). Efficacy of Periodically Rotated Overlapping Parallel Lines With Enhanced Reconstruction (PROPELLER) For Shoulder Magnetic Resonance (MR) Imaging.
European Journal of Radiology. 85: 1735-43. doi: 10.1016/j.ejrad.2016.07.008 Dostopno na: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/27666610/ <3. 3. 2021>.
Raszewski JA, Varacallo M (2018). Anatomy, Shoulder and Upper Limb, Hand Compartments. National Library of Medicine, National Institutes of Health Dostopno na:
https://www.researchgate.net/publication/329717556_Anatomy_Shoulder_and_Upper_Limb_
Hand_Compartments <24. 2. 2021>.
31
Smith TB, Nayak KS (2010). MRI artifacts and correction strategies. Imaging in Medicine, Volume 2 Issue 4, 445-57.
Dostopno na: https://www.openaccessjournals.com/articles/mri-artifacts-and-correction- strategies.pdf <21. 10. 2020>.
Soon-Kwon N, Joon-Ho C (2019). Comparative analysis of cartesian trajectory and multivane trajectory using ARC phantom in MRI: Using Image Intensity Uniformity Test and Low- contrast Object Detectability Test. Journal of Radiological Science and Technology, 42(1), 39-
46. doi: 10.17946/JRST.2019.42.1.39 Dostopno na:
http://dx.doi.org/10.17946/JRST.2019.42.1.39 <24. 2. 2021>.
Tamhane AA, Arfanakis K (2009). Motion correction in periodically-rotated overlapping parallel lines with enhanced reconstruction (PROPELLER) and turboprop MRI. Magnetic Resonance in Medicine, 62(1), 174-82. doi: 10.1002/mrm.22004 Dostopno na:
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/mrm.22004 <29. 7. 2020>.
Van Beek EJR, Hoffman AE (2008). Functional Imaging: CT and MRI. Clinics in Chest Medicine. Volume 29 Issue 1, 195-216. doi: 10.1016/j.ccm.2007.12.003
Dostopno na: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2435287/pdf/nihms42679.pdf
<29. 7. 2021>.
Westbrook C, Talbot J (2019). MRI in Practice 5th Edition. In John Wiley and Sons Ltd. <24.
2. 2021>.
Zaitsev M, Maclaren J, Herbst M (2015). Motion artifacts in MRI: a complex problem with many partial solutions. Journal of Magnetic Resonance Imaging 42(4): 887–901. doi:
10.1002/jmri.24850 Dostopno na: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/jmri.24850
<21. 10. 2020>.
Žibert J (2019). Osnovne statistične lastnosti in prikazovanje podatkov. Univerza v Ljubljani.
<24. 2. 2021>.
