Vessel wall MRI of the thoracic aorta:
correlation to histology and transesophageal ultrasound. Preliminary results

Abstract

Purpose: To visualise the vessel wall of the descending thoracic aorta using magnetic resonance imaging. To evaluate the diagnostic potential of tailored T₁-weighted sequences with contrast enhancement to assess systemic atherosclerotic disease. Methods: This study was performed on a clinical 1.5 Tesla scanner using a gradient strength of 30 mT/m and the phased array spine coil. A cadaver was examined to optimise a magnetic resonance imaging (MRI) protocol to evaluate atherosclerotic aortic wall disease. The acquired MR images were compared to gross specimens and histology. Subsequently seven patients who had undergone transesophageal ultrasound (TEU) with detailed assessment of the descending thoracic aorta were examined with MRI. The optimised protocol included untriggered and fat suppressed T₂-weighted turbo spin echo sequences and ECG-triggered and fat suppressed T₁-weighted spin echo sequences before and after iv administration of Gd-DTPA. Findings of the MR images were compared to the results of TEU. Contrast enhancement measurements were performed in normal and thickened vessel wall segments. Results: For the cadaver study a good correlation of the degree of vessel wall thickening and the extent of plaque imaged with the applied MR protocol was found. Tissue characterisation was limited due to post mortem changes. In vivo ECG-triggered T₁-weighted images showed good correlation to TEU in terms of vessel wall thickness and plaque extension as verified by means of consensus reading. Differentiation of the plaque components fat, calcium and fibrous tissue was possible. In thickened aortic wall segments and fibrous caps a mean contrast enhancement of 50.4 % ± 23.5 % was measurable while normal wall segments showed an enhancement of 6.7 % ± 3.1 %. The difference of contrast enhancement was highly significant (p < 0.0001). Conclusion: Using fat suppressed T₁-weighted sequences with contrast enhancement the extent of atherosclerotic vessel wall changes can be demonstrated. The suggested MR protocol contains a high potential for diagnosis and follow-up of therapy of atherosclerotic disease of the descending thoracic aorta.

Zusammenfassung

Ziel: Ziel dieser Studie war die Optimierung und Evaluation eines magnetresonanztomographischen (MRT) Protokolls zur Darstellung der Gefäßwand der deszendierenden Aorta thoracalis. Mit Bezug auf die Visualisierung der systemischen Atherosklerose sollten die diagnostischen Möglichkeiten T₁-gewichteter kontrastverstärkter Sequenzen geprüft werden. Methoden: Die Untersuchungen wurden an einem klinischen 1.5-Tesla-System mit einer Gradientenstärke von 30 mT/m und der phased-array Wirbelsäulenspule durchgeführt. Die Optimierung des Sequenzprotokolls zur Darstellung atherosklerotischer Aortenwandveränderungen wurde an einer Leiche durchgeführt. Die akquirierten Daten wurden mit den makroskopischen und mikroskopischen Präparaten verglichen. Anschließend wurde an sieben Patienten deren thorakale Aorta mittels transösophagealer Sonographie (TÖS) untersucht worden war, eine MRT durchgeführt. Es wurden fettunterdrückte und ungetriggerte T₂-gewichtete Turbospinechosequenzen sowie fettunterdrückte und EKG-getriggerte T₁-gewichtete Spinechosequenzen vor und nach intravenöser Applikation von Gd-DTPA akquiriert. Neben dem Vergleich der Resultate von MRT und TÖS im Konsensusverfahren wurden Messungen des Kontrastmittelenhancements von normalen und atherosklerotisch veränderten Gefäßwandabschnitten durchgeführt. Ergebnisse: Die Auswertung der Leichenuntersuchung ergab eine gute Korrelation zwischen den erstellten Präparaten und der MRT. Die Gewebedifferenzierung war durch postmortale Veränderungen limitiert. Die im Konsensusverfahren ausgewerteten T₁-gewichteten Sequenzen zeigten bezüglich der Ausdehnung von atherosklerotischen Wandveränderungen eine gute Korrelation mit den Ergebnissen der TÖS. Die Differenzierung der Plaquekomponenten Fett, Kalk und Bindegewebe war möglich. Verdickte Aortenwandsegmente und “fibrous caps” zeigten ein mittleres Kontrastmittelenhancement von 50.4 % ± 23.5 %, während normale Gefäßwandabschnitte ein Enhancement von 6.7 % ± 3.1 % aufwiesen. Die Differenz war hochsignifikant (p < 0.0001). Schlussfolgerungen: Mittels kontrastmittelverstärkter und fettunterdrückter T₁-gewichteter MRT-Sequenzen kann die Ausdehnung atherosklerotischer Wandveränderungen der deszendierenden Aorta thoracalis dargestellt werden. Das vorgeschlagene Protokoll weist ein hohes Potenzial bezüglich der Diagnose und Verlaufskontrolle der systemischen Atherosklerose auf.

Key words

Aorta, diseases - Atherosclerosis - Magnetic Resonance (MR), vascular studies - Gadolinium - Ultrasound (US), tissue characterisation

Schlüsselwörter

Aorta - Atherosklerose - Magnetresonanztomographie - Gadolinium - Ultraschall

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