MRI of the Knee at 7.0 Tesla

Zusammenfassung

Ziel: Untersuchungsprotokolle, die für die MRT bei 1,5 oder 3 T optimiert wurden, lassen sich nicht direkt auf 7 T übertragen. SAR- (specific absorption rate-) Limitationen, unterschiedliche Relaxationszeiten der Gewebe sowie neue Bildartefakte erfordern eine Anpassung der Sequenzen. In der vorliegenden Studie werden verschiedene Sequenzen für die Kniebildgebung bei 7 T optimiert und bezüglich ihrer klinischen Bedeutung untersucht. Material und Methoden: Ausgehend von einem typischen 1,5 T-Knieprotokoll wurden die Sequenzparameter modifiziert, um einen optimalen Kontrast, komplette Abdeckung sowie die höchstmögliche Auflösung innerhalb einer angemessenen Messzeit zu erhalten. Die Sequenzen wurden zunächst an zwei gesunden Probanden optimiert und anschließend an zehn Patienten getestet, deren Pathologien zuvor bei 1,5 T diagnostiziert wurden. Es wurden hochaufgelöste Bilder mit unterschiedlichen SE- und GRE-Sequenzen aufgenommen und mit 1,5 T-Bildern verglichen. Ergebnisse: Ein Vergleich der 1,5 T- und 7 T-Bilder zeigt klar die Vorteile der MRT bei höheren Feldstärken, insbesondere durch das höhere SNR, welches in eine höhere räumliche Auflösung als bei 1,5 T investiert wurde. Für die Beurteilung von Knorpelpathologien bei 7 T erscheint die MEDIC-Sequenz sehr gut geeignet. Mit der DESS-Sequenz kann eine komplette Abdeckung des Knies mit einer sehr hohen Auflösung von 0,4 × 0,4 × 1,0 mm³ innerhalb von 7 Minuten erreicht werden. Trotz Optimierung der STIR-Sequenz treten Knochenmarködeme bei 1,5 T deutlicher hervor als bei 7 T. Die PD TSE zeigt eine exzellente Bildqualität bei 7 T. Die Gesamtmesszeit des 7 T-Protokolls beträgt ca. 40 Minuten. Schlussfolgerung: Gradienten-Echo-Sequenzen zeigen einen exzellenten Bildkontrast bei sehr hoher räumlicher Auflösung innerhalb angemessener Untersuchungszeiten. Dennoch sind nicht alle bei 1.5 T genutzten Sequenzen für die Hochfeld-Bildgebung geeignet; insbesondere SAR-intensive Sequenzen. Aufnahmen von Meniskusrissen und Läsionen des Kreuzbandes können von der höheren räumlichen Auflösung profitieren. Die Darstellung degenerativer Veränderungen im Knorpel erscheint sehr Erfolg versprechend.

Abstract

Purpose: Measurement protocols which have been optimized for MRI at field strengths of 1.5 T or 3 T cannot be directly transferred to 7 T. Specific absorption rate limitations, different tissue relaxation times, as well as new image artifacts require adjustments of the sequence parameters. The goal of our study was to investigate and optimize various sequences for 7 T imaging of the knee. Materials and Methods: Starting with sequences used on a standard 1.5 T scanner, the parameters were modified to obtain optimal image contrast, maximum coverage, and the highest spatial resolution within a reasonable acquisition time. All sequences were optimized in two healthy volunteers and then tested in 10 patients with various pathologies. High-resolution 7 T images with several SE and GRE sequences were acquired and compared to 1.5 T images. Results: A comparison of 1.5 T and 7 T images clearly shows the advantage of MRI at higher field strengths, especially the higher SNR which could be translated into higher spatial resolution. The MEDIC sequence appears to be very well suited for the assessment of cartilage pathologies at 7 T. Using the DESS sequence, full coverage of the knee can be obtained with a very high resolution of 0.4 × 0.4 × 1.0 mm³ within 7 minutes. Despite optimization of the STIR sequence parameters, bone marrow edema is better visualized at 1.5 T compared to 7 T. The PD TSE renders excellent image quality at 7 T. The total acquisition time of the 7 T protocol is approximately 40 minutes. Conclusion: Gradient echo sequences provide excellent image contrast at very high spatial resolution in a reasonable scan time. However, not all sequences used at 1.5 T are currently well suited for high-field imaging, in particular SAR-intensive sequences. Imaging of meniscal tears and lesions of the cruciate ligaments may benefit from the higher spatial resolution. The most favorable clinical indication for knee examinations at 7 T currently appears to be cartilage imaging.

Key words

MR imaging - cartilage - knee - 7 Tesla - high field

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