التصوير بالرنين المغناطيسي بتقنية تباين الطور

📅 آخر تحديث: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 32 صور
الموسوعة الحرة

التصوير بالرنين المغناطيسي بتقنية تباين الطور ( PC-MRI ) هو نوع محدد من التصوير بالرنين المغناطيسي يُستخدم بشكل أساسي لتحديد سرعات تدفق الدم . ويمكن اعتبار PC-MRI طريقة لقياس سرعة تدفق الدم بالرنين المغناطيسي . كما أنه يوفر طريقة لتصوير الأوعية الدموية بالرنين المغناطيسي . ونظرًا لأن تقنية PC-MRI الحديثة تتميز عادةً بدقة زمنية عالية، فإنها توفر وسيلة للتصوير رباعي الأبعاد (ثلاثة أبعاد مكانية بالإضافة إلى الزمن). [ 2 ]

كيف يعمل

تمتلك الذرات التي تحتوي على عدد فردي من البروتونات أو النيوترونات عزم دوران زاوي عشوائي. عند وضعها في مجال مغناطيسي قوي ، تصطف بعض هذه العزوم مع محور المجال الخارجي، مما يُحدث مغنطة طولية صافية. تدور هذه العزوم حول محور المجال الخارجي بتردد يتناسب مع شدة المجال. بعد ذلك، تُضاف طاقة إلى النظام عبر نبضة تردد راديوي لتحفيز العزوم، مما يُغير محور دورانها. يمكن رصد هذه العزوم بواسطة ملفات استقبال ( ملفات تردد راديوي ) باستخدام قانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي. تستجيب الأنسجة المختلفة للطاقة المضافة بطرق متباينة، ويمكن تعديل معايير التصوير لإبراز الأنسجة المطلوبة.

جميع هذه اللفات لها طور يعتمد على سرعة الذرة. انزياح الطور(ϕ){\displaystyle (\phi )}إن دوران المغزل هو دالة لحقل التدرججي(ت){\displaystyle \mathbf {G} (t)}:

ϕ=γ∫0تب0+جي(τ)⋅ر(τ)دτ{\displaystyle \phi =\gamma \int _{0}^{t}B_{0}+\mathbf {G} (\tau )\cdot \mathbf {r} (\tau )d\tau }

أينγ{\displaystyle \gamma }هي النسبة المغناطيسية الدورانية ور{\displaystyle \mathbf {r} }يُعرَّف على النحو التالي:

ر(τ)=ر0+vرτ+12أرτ2+...{\displaystyle \mathbf {r} (\tau )=\mathbf {r} _{0}+\mathbf {v} _{r}\tau +{\frac {1}{2}}\mathbf {a} _{r}\tau ^{2}+\ldots }،

ر0{\displaystyle \mathbf {r} _{0}}هو الموضع الأولي للدوران،vر{\displaystyle \mathbf {v} _{r}}هي سرعة الدوران، وأر{\displaystyle \mathbf {a} _{r}}هو تسارع الدوران.

إذا اقتصرنا على دراسة اللف المغزلي الساكن واللف المغزلي في اتجاه المحور السيني، فيمكننا إعادة كتابة معادلة إزاحة الطور على النحو التالي:

ϕ=γx0∫0تجيx(τ)دτ+γvx∫0تجيx(τ)τدτ+γأx2∫0تجيx(τ)τ2دτ+...{\displaystyle \phi =\gamma x_{0}\int _{0}^{t}G_{x}(\tau )d\tau +\gamma v_{x}\int _{0}^{t}G_{x}(\tau )\tau d\tau +\gamma {\frac {a_{x}}{2}}\int _{0}^{t}G_{x}(\tau )\tau ^{2}d\tau +\ldots }

ثم نفترض أن التسارع والحدود ذات الرتبة الأعلى مهملة لتبسيط تعبير الطور إلى:

ϕ=γ(x0م0+vxم1){\displaystyle \phi =\gamma (x_{0}M_{0}+v_{x}M_{1})}

أينم0{\displaystyle M_{0}}هي العزم الصفري لتدرج المحور السيني وم1{\displaystyle M_{1}}هي اللحظة الأولى لتدرج المحور السيني.

إذا أخذنا عمليتي استحواذ مختلفتين مع تدرجات مغناطيسية مطبقة متعاكسة لبعضها البعض (تدرجات ثنائية القطب)، فيمكننا جمع نتائج عمليتي الاستحواذ معًا لحساب تغيير في الطور يعتمد على التدرج:

Δϕ=v(γΔم1){\displaystyle \Delta \phi =v(\gamma \Delta M_{1})}

أينΔم1=2م1{\displaystyle \Delta M_{1}=2M_{1}}[ 3 ] [ 4 ]​

يتم قياس فرق الطور وتحويله إلى سرعة وفقًا للمعادلة التالية:

v=vهـنجπΔϕ{\displaystyle v={\frac {v_{enc}}{\pi }}\Delta \phi }

أينvهـنج{\displaystyle v_{enc}}هي أقصى سرعة يمكن تسجيلها وΔϕ{\displaystyle \Delta \phi }هو إزاحة الطور المسجلة.

اختيارvهـنج{\displaystyle v_{enc}}يُحدد نطاق السرعات المرئية، والمعروف باسم " النطاق الديناميكي ". وهو خيار منvهـنج{\displaystyle v_{enc}}سيؤدي انخفاض السرعة عن الحد الأقصى في الشريحة إلى حدوث تشويش في الصورة، بينما تؤدي السرعة الأكبر بقليل منvهـنج{\displaystyle v_{enc}}سيتم حسابها بشكل خاطئ على أنها تتحرك في الاتجاه المعاكس. ومع ذلك، هناك مفاضلة مباشرة بين أقصى سرعة يمكن ترميزها ونسبة الإشارة إلى الضوضاء في قياسات السرعة. ويمكن وصف ذلك بما يلي:

SشمالRv=π2vvهـنجSشمالR{\displaystyle SNR_{v}={\frac {\pi }{\sqrt {2}}}{\frac {v}{v_{enc}}}SNR}

أينSشمالR{\displaystyle SNR}وهي نسبة الإشارة إلى الضوضاء في الصورة (والتي تعتمد على المجال المغناطيسي للماسح الضوئي، وحجم الفوكسل ، ووقت الحصول على المسح الضوئي).

على سبيل المثال، تحديد مستوى "منخفض".vهـنج{\displaystyle v_{enc}}(أقل من السرعة القصوى المتوقعة في المسح) سيسمح برؤية أفضل للسرعات الأبطأ (نسبة إشارة إلى ضوضاء أفضل)، ولكن أي سرعات أعلى ستؤدي إلى قيمة غير صحيحة. تحديد قيمة "عالية"vهـنج{\displaystyle v_{enc}}(أعلى من السرعة القصوى المتوقعة في المسح) سيسمح بتحديد السرعة بدقة، لكن النطاق الديناميكي الأوسع سيحجب تفاصيل السرعة الأصغر ويقلل من نسبة الإشارة إلى الضوضاء. لذلك، فإن ضبطvهـنج{\displaystyle v_{enc}}سيعتمد ذلك على التطبيق، ويجب توخي الحذر عند الاختيار. ولزيادة إمكانية قياس السرعة بدقة، لا سيما في التطبيقات السريرية التي يكون فيها النطاق الديناميكي لسرعة التدفق عاليًا (مثل سرعات تدفق الدم في الأوعية الدموية عبر التجويف الصدري البطني)، تم تطوير طريقة التصوير بالرنين المغناطيسي ثنائي الصدى (DEPC) مع ترميز مزدوج للسرعة في نفس زمن التكرار. [ 5 ] لا تسمح طريقة DEPC بقياس السرعة بدقة فحسب، بل تقلل أيضًا من إجمالي وقت الاكتساب (خاصة عند تطبيقها على تصوير التدفق رباعي الأبعاد) مقارنةً بالتصوير أحادي الصدى أحادي الصدى.vهـنج{\displaystyle v_{enc}}تم إجراء عملية التصوير بالرنين المغناطيسي باستخدام الحاسوب (PC-MRI) في موقعين منفصلينvهـنج{\displaystyle v_{enc}}قيم.

لإتاحة مزيد من المرونة في الاختيارvهـنج{\displaystyle v_{enc}}يمكن استخدام الطور اللحظي ( فك الطور) لزيادة كل من النطاق الديناميكي ونسبة الإشارة إلى الضوضاء. [ 6 ]

أساليب التشفير

عندما تُحسب كل بُعد من أبعاد السرعة بناءً على قياسات من تدرجات مطبقة في اتجاهين متعاكسين، يُعرف هذا باسم طريقة النقاط الست. ومع ذلك، تُستخدم أيضًا طرق أكثر كفاءة. نوضح هنا اثنتين منها:

طريقة النقاط الأربع البسيطة

تُستخدم أربع مجموعات من تدرجات الترميز. الأولى هي مرجعية وتُطبق عزمًا سالبًا فيx{\displaystyle x}،y{\displaystyle y}، وz{\displaystyle z}ثم يطبق التالي لحظة إيجابية فيx{\displaystyle x}ولحظة سلبية فيy{\displaystyle y}وz{\displaystyle z}أما الثالث فيطبق لحظة إيجابية فيy{\displaystyle y}ولحظة سلبية فيx{\displaystyle x}وz{\displaystyle z}ويشير الأخير إلى لحظة إيجابية فيz{\displaystyle z}ولحظة سلبية فيx{\displaystyle x}وy{\displaystyle y}[ 7 ] بعد ذلك ، يمكن حساب السرعات بناءً على معلومات الطور من ترميزات الطور المقابلة على النحو التالي:

v^x=ϕx-ϕ0γΔم1{\displaystyle {\hat {v}}_{x}={\frac {\phi _{x}-\phi _{0}}{\gamma \Delta M_{1}}}}
v^y=ϕy-ϕ0γΔم1{\displaystyle {\hat {v}}_{y}={\frac {\phi _{y}-\phi _{0}}{\gamma \Delta M_{1}}}}
v^z=ϕz-ϕ0γΔم1{\displaystyle {\hat {v}}_{z}={\frac {\phi _{z}-\phi _{0}}{\gamma \Delta M_{1}}}}

طريقة النقاط الأربع المتوازنة

تتضمن طريقة النقاط الأربع المتوازنة أيضًا أربع مجموعات من تدرجات الترميز. الأولى هي نفسها الموجودة في طريقة النقاط الأربع البسيطة مع تطبيق تدرجات سالبة في جميع الاتجاهات. أما الثانية فلها عزم سالب فيx{\displaystyle x}ولحظة إيجابية فيy{\displaystyle y}وz{\displaystyle z}أما الثالث فيحمل لحظة سلبية فيy{\displaystyle y}ولحظة إيجابية فيx{\displaystyle x}وz{\displaystyle z}. يحتوي الأخير على لحظة سلبية فيz{\displaystyle z}ولحظة إيجابية فيx{\displaystyle x}وy{\displaystyle y}[ 8 ] وهذا يعطينا نظام المعادلات التالي :

ϕ2-ϕ1=ϕx+ϕy{\displaystyle \phi _{2}-\phi _{1}=\phi _{x}+\phi _{y}}
ϕ3-ϕ1=ϕx+ϕz{\displaystyle \phi _{3}-\phi _{1}=\phi _{x}+\phi _{z}}
ϕ4-ϕ1=ϕy+ϕz{\displaystyle \phi _{4}-\phi _{1}=\phi _{y}+\phi _{z}}

بعد ذلك، يمكن حساب السرعات:

v^x=-ϕ1+ϕ2+ϕ3-ϕ42γΔم1{\displaystyle {\hat {v}}_{x}={\frac {-\phi _{1}+\phi _{2}+\phi _{3}-\phi _{4}}{2\gamma \Delta M_{1}}}}
v^y=-ϕ1+ϕ2-ϕ3+ϕ42γΔم1{\displaystyle {\hat {v}}_{y}={\frac {-\phi _{1}+\phi _{2}-\phi _{3}+\phi _{4}}{2\gamma \Delta M_{1}}}}
v^z=-ϕ1-ϕ2+ϕ3+ϕ42γΔم1{\displaystyle {\hat {v}}_{z}={\frac {-\phi _{1}-\phi _{2}+\phi _{3}+\phi _{4}}{2\gamma \Delta M_{1}}}}

التزامن القلبي والتنفسي بأثر رجعي

في التصوير الطبي ، وللحصول على صور عالية الدقة في الفضاء ثلاثي الأبعاد والزمن دون تشوهات ناتجة عن حركة القلب أو الرئتين ، تُستخدم تقنية التزامن القلبي الاسترجاعي والتعويض التنفسي . يبدأ التزامن القلبي بتسجيل إشارة تخطيط كهربية القلب للمريض طوال عملية التصوير. وبالمثل، يمكن تتبع أنماط تنفس المريض خلال الفحص. بعد الفحص، تُعالج البيانات المُجمعة باستمرار في فضاء k (فضاء الصورة المؤقت) لتتوافق مع توقيت نبضات القلب وحركة الرئتين. هذا يعني أن هذه الصور تُحسب كمعدل قلبي، وبالتالي فإن سرعات الدم المقاسة هي متوسط ​​لعدة دورات قلبية. [ 9 ]

التطبيقات

يُعدّ التصوير بالرنين المغناطيسي بتقنية تباين الطور أحد التقنيات الرئيسية لتصوير الأوعية بالرنين المغناطيسي (MRA). يُستخدم هذا التصوير لإنتاج صور للشرايين (وأحيانًا الأوردة) لتقييمها بحثًا عن التضيّق (التضيّق غير الطبيعي)، والانسدادات ، وتمدد الأوعية الدموية (توسع جدار الأوعية الدموية، المعرضة لخطر التمزق)، أو غيرها من التشوهات. يُستخدم تصوير الأوعية بالرنين المغناطيسي غالبًا لتقييم شرايين الرقبة والدماغ، والشريان الأورطي الصدري والبطني ، والشرايين الكلوية، وشرايين الساقين (ويُشار إلى هذا الفحص الأخير غالبًا باسم "فحص التدفق الدموي").

القيود

وعلى وجه الخصوص، هناك بعض القيود المتعلقة بتقنية التصوير بالرنين المغناطيسي الطوري (PC-MRI) والتي لها أهمية خاصة بالنسبة للسرعات المقاسة:

  • يمكن أن تؤدي تأثيرات الحجم الجزئي (عندما يحتوي فوكسل على الحدود بين المواد الثابتة والمتحركة) إلى المبالغة في تقدير الطور مما يؤدي إلى سرعات غير دقيقة عند الواجهة بين المواد أو الأنسجة.
  • يمكن أن يؤدي تشتت الطور داخل البكسل (عندما تكون السرعات داخل البكسل غير متجانسة أو في مناطق التدفق المضطرب) إلى إنتاج طور ناتج لا يحل ميزات التدفق بدقة.
  • إن افتراض أن التسارع ومستويات الحركة الأعلى يمكن إهمالها قد يكون غير دقيق اعتمادًا على مجال التدفق.
  • تحدث تشوهات الإزاحة (المعروفة أيضًا بتشوهات عدم التسجيل وتشوهات التدفق المائل) عندما يكون هناك فرق زمني بين ترميز الطور وترميز التردد. وتكون هذه التشوهات في أعلى مستوياتها عندما يكون اتجاه التدفق ضمن مستوى الشريحة (وهي أكثر وضوحًا في القلب والشريان الأورطي بالنسبة للتدفقات البيولوجية) [ 10 ] .

إعادة بناء الإسقاط المتساوي الخواص (VIPR) مع نقص كبير في العينات

إعادة بناء الإسقاط المتساوي الخواص ذو العينات الناقصة للغاية (VIPR) هو تسلسل تصوير بالرنين المغناطيسي يتم الحصول عليه شعاعيًا، وينتج عنه تصوير الأوعية بالرنين المغناطيسي عالي الدقة مع تقليل أوقات المسح بشكل كبير، ودون الحاجة إلى حبس النفس. [ 11 ]

مراجع

  1. ↑ هارتونغ، مايكل ب؛ غريست، توماس م؛ فرانسوا، كريستوفر ج (2011). "تصوير الأوعية بالرنين المغناطيسي: الوضع الحالي والاتجاهات المستقبلية" . مجلة الرنين المغناطيسي القلبي الوعائي . 13 (1): 19. doi : 10.1186/1532-429X-13-19 . ISSN 1532-429X . PMC 3060856. PMID 21388544 .   ( CC-BY-2.0 )
  2. ↑ ستانكوفيتش، زوران؛ ألين، برادلي د.؛ غارسيا، خوليو؛ جارفيس، كيلي ب.؛ ماركل، مايكل (2014). " التصوير رباعي الأبعاد لتدفق الدم باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي" . تشخيص وعلاج أمراض القلب والأوعية الدموية . 4 (2): 173-192 . doi : 10.3978/j.issn.2223-3652.2014.01.02 . PMC 3996243. PMID 24834414 .  
  3. ↑ إلكينز، سي.؛ آلي، إم تي (2007). "قياس سرعة الرنين المغناطيسي: تطبيقات التصوير بالرنين المغناطيسي في قياس حركة السوائل". تجارب في السوائل . 43 (6): 823. Bibcode : 2007ExFl...43..823E . doi : 10.1007/s00348-007-0383-2 . S2CID 121958168 . 
  4. ↑ تايلور، تشارلز أ.؛ دراني، ماري ت. (2004). "الأساليب التجريبية والحسابية في ميكانيكا الموائع القلبية الوعائية". المراجعة السنوية لميكانيكا الموائع . 36 : 197-231 . Bibcode : 2004AnRFM..36..197T . doi : 10.1146/annurev.fluid.36.050802.121944 .
  5. ↑ أجالا، أفيس؛ تشانغ، جيمينغ؛ بيدنيكار، أمول؛ بوكو، إريك؛ وانغ، لونينغ؛ تشيونغ، بنجامين؛ هور، بي-هيرنغ؛ موثوبيللاي، راجا (2020). "تقييم تدفق الصمام التاجي وحركة عضلة القلب باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي القلبي ثنائي الصدى ثنائي السرعة" . مجلة علم الأشعة: تصوير القلب والصدر . 3 (2) e190126. doi : 10.1148/ryct.2020190126 . PMC 7977974. PMID 33778578 .  
  6. ↑ سالفيتيا، إم إف؛ هانتليا، جيه إم؛ غريفز، إم جيه؛ ماركلوند، أو؛ كوساك، آر؛ بوريجارد، دي إيه (2006). "توسيع النطاق الديناميكي لتصوير سرعة الرنين المغناطيسي ذي التباين الطوري باستخدام خوارزميات متقدمة لفك الطور متعددة الأبعاد" . مجلة الجمعية الملكية للواجهات . 3 (8): 415-427 . doi : 10.1098/rsif.2005.0096 . PMC 1578755. PMID 16849270 .  
  7. ↑ بيلك، نوربرت جيه؛ بيرنشتاين، مات أ؛ شيماكاوا، آن؛ غلوفر، غاري هـ. (1991). "استراتيجيات ترميز التصوير بالرنين المغناطيسي ثلاثي الاتجاهات لتباين الطور لتدفق الدم". مجلة التصوير بالرنين المغناطيسي . 1 (4): 405-413 . doi : 10.1002/jmri.1880010404 . PMID 1790362. S2CID 3000911 .  
  8. ↑ بيلك، نوربرت جيه؛ بيرنشتاين، مات أ؛ شيماكاوا، آن؛ غلوفر، غاري هـ. (1991). "استراتيجيات ترميز التصوير بالرنين المغناطيسي ثلاثي الاتجاهات لتباين الطور لتدفق الدم". مجلة التصوير بالرنين المغناطيسي . 1 (4): 405-413 . doi : 10.1002/jmri.1880010404 . PMID 1790362. S2CID 3000911 .  
  9. ↑ لوتز، يواكيم؛ ماير، كريستيان؛ ليبرت، أندرياس؛ غالانسكي، مايكل (2002). "قياس تدفق الدم القلبي الوعائي باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي ذي التباين الطوري: الحقائق الأساسية والتطبيق 1". Radiographics . 22 (3): 651–671 . doi : 10.1148/radiographics.22.3.g02ma11651 . PMID 12006694 . 
  10. ^ بيترسون ، سفين. ديفيرفيلدت، بيتر. جارداجين، رولاند؛ كارلسون، ماتس؛ إيبرز ، تينو (2010). "محاكاة تباين الطور بالرنين المغناطيسي للتدفق المضطرب" . الرنين المغناطيسي في الطب . 64 (4): 1039-1046 . دوى : 10.1002/mrm.22494 . بميد 20574963 . 
  11. ↑ الصفحة 602 في: هيرش تشاندارانا (2015). التصوير بالرنين المغناطيسي المتقدم في الممارسة السريرية، عدد من مجلة العيادات الإشعاعية لأمريكا الشمالية . المجلد 53. إلسيفير للعلوم الصحية. ISBN  978-0-323-37618-1.