Semiautomatic Assessment of Respiratory Motion in Dynamic MRI – Comparison with Simultaneously Acquired Spirometry

Zusammenfassung

Ziel: Indem man die globale Messmethode der Spirometrie mit regionalen funktionellen Informationen ergänzt, könnten Lungenerkrankungen genauer diagnostiziert werden. Schnelle dynamische Magnetresonanztomografie (dMRT) der Lunge ermöglicht die Ableitung von funktionalen Parametern für einzelne Lungenflügel. In dieser Arbeit wurden zeitlich hoch aufgelöste Messungen der Durchmesser von linker und rechter Thoraxhälfte mit der simultanen Spirometrie verglichen. Material und Methoden: Von 10 gesunden Probanden wurden 2-dimensionale sagittale dMRT-Aufnahmen beider Lungen bei 1,5 T aufgenommen. Simultan wurden die Atemvolumina mit einem MRT-kompatiblen Spirometer gemessen. Auf den MRT-Bildern wurden die Thoraxdurchmesser semiautomatisch gemessen und mit spirometrischen Lungenvolumina verglichen. Es wurde ein dMRT-Äquivalent zum Tiffeneau-Index berechnet und mit dem spirometrischen Tiffeneau verglichen. Ergebnisse: Die aus den dMRT-Daten berechneten Volumen-Zeit- und Fluss-Volumen-Kurven waren den spirometrischen Kurven sehr ähnlich. Die dMRT-Thoraxdurchmesser korrelierten gut mit der Spirometrie (r > = 0,8, p < 10 – 15). Die Übereinstimmung der 2 Methoden nach Bland-Altman bei voller zeitlicher Auflösung war nicht überzeugend (Breite des 95 % „limits of agreement interval” bis zu 56 %). Eine gute Übereinstimmung bestand zwischen dem Tiffeneau-Äquivalent und der Spirometrie (Breite des 95 % „limits of agreement interval” von 14,5 %). Schlussfolgerung: DMRT ermöglicht die Erstellung von realistischen Volumen-Zeit- und Fluss-Volumen-Kurven für einzelne Lungenflügel. Das Tiffeneau-Äquivalent zeigte eine gute Übereinstimmung mit der Spirometrie. Somit könnte dieses einen wertvollen ergänzenden Parameter einzelner Lungenflügel für die globale Spirometrie darstellen.

Abstract

Purpose: Supplementing global spirometry with regional information could allow for earlier and more specific diagnosis of lung disease. Dynamic magnetic resonance imaging (dMRI) makes it possible to derive functional parameters from the visualization of the pulmonary motion of single lungs. The aim of this study was to compare high temporal resolution measurements of left and right thoracic diameters to simultaneously acquired spirometry. Materials and Methods: 10 healthy volunteers underwent 2-dimensional dMRI of both lungs at 1.5 T. Spirometry was performed simultaneously with an MRI-compatible spirometer. Thoracic diameters were measured semiautomatically and compared to simultaneously measured spirometric volumes. A dMRI surrogate for the Tiffeneau Index was compared to the spirometric Tiffeneau. Results: The volume-time and flow-volume curves from dMRI were very similar to the spirometric curves. The semiautomatically measured diameters correlated well with the spirometric volumes (r > = 0.8, p < 10 – 15). Agreement between the methods at full temporal resolution was not as convincing (width of 95 % limits of agreement interval up to 56 %). Good agreement was found between the Tiffenau surrogate and spirometry (width of 95 % limits of agreement interval of 14.5 %). Conclusion: DMRI with semiautomatic measurement of thoracic diameters makes measurement of realistic volume-time and flow-volume curves from single lungs possible. The derived single lung Tiffeneau Index shows good agreement to spirometry and could be valuable to supplement global spirometric measurements with functional data from single lungs.

Key words

respiratory motion - respiratory mechanics - MR-compatible spirometry - spirometry - thorax - MR-functional imaging

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