Kardio-MRT Physik: Leitlinie der DGK (2018)
📋Auf einen Blick
- •Das MRT-Signal basiert auf Wasserstoffprotonen, deren Magnetisierung durch T1- (longitudinal) und T2/T2*-Relaxation (transversal) beschrieben wird.
- •Gadolinium-basierte Kontrastmittel (GBCA) verkürzen primär die T1-Zeit und werden zur Signalverstärkung in T1-gewichteten Bildern genutzt.
- •Der Bildkontrast wird maßgeblich durch die Kombination von Echozeit (TE) und Repetitionszeit (TR) gesteuert.
- •Für die kardiale Bildgebung sind EKG-Synchronisation (prospektiv oder retrospektiv) und Atem-Gating essenziell zur Artefaktreduktion.
- •Spezielle Sequenzen wie bSSFP bieten ein hohes Signal-Rausch-Verhältnis, erfordern jedoch ein exaktes Shimming.
Hintergrund
Das MRT-Signal hat seinen Ursprung im Atomkern des Wasserstoffs (Proton). In einem starken äußeren Magnetfeld (B0) richten sich die Spins aus und erzeugen eine Längsmagnetisierung (Mz). Ein Radiofrequenz-Puls (RF-Puls) kippt diese in die Transversalebene (Mxy). Die Rückkehr in den Ausgangszustand wird durch zwei Relaxationszeiten beschrieben:
- T1-Relaxation: Beschreibt die Erholung der Längsmagnetisierung (Spin-Gitter-Relaxation).
- T2/T2-Relaxation:* Beschreibt den Zerfall der Quermagnetisierung durch Dephasierung der Spins (Spin-Spin-Zerfall inkl. B0-Inhomogenitäten).
Kontrastmittel (GBCA)
Gadolinium-basierte Kontrastmittel (GBCA) verteilen sich extrazellulär und überschreiten keine intakten Zellmembranen. Ihr physikalischer Haupteffekt ist die Verkürzung der T1-Zeit des umgebenden Gewebes. Dies führt zu einer Signalverstärkung in T1-gewichteten Bildern.
Gewebekontrast und Sequenzparameter
Der Bildkontrast wird durch die Wahl von Repetitionszeit (TR) und Echozeit (TE) bestimmt. Eine starke Gewichtung reduziert grundsätzlich das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR).
| Gewichtung | Repetitionszeit (TR) | Echozeit (TE) | Mechanismus |
|---|---|---|---|
| T1 | Kurz | Kurz | Betont Unterschiede in der longitudinalen Relaxation |
| T2 / T2* | Lang | Lang | Betont Unterschiede im transversalen Signalzerfall |
| Protonendichte (PD) | Lang | Kurz | Minimiert T1- und T2-Einflüsse, Signal primär durch Protonendichte |
Kardiale und Respiratorische Synchronisation
Aufgrund der Herz- und Atembewegung sind in der Kardio-MRT spezielle Techniken zur Artefaktvermeidung zwingend erforderlich:
- Respiratorisches Gating: Nutzung von Atemkissen oder Navigator-Echos (Anregung eines Gewebeblocks über dem Zwerchfell zur Verfolgung der Atemexkursion).
- EKG-Synchronisation: Abstimmung der Bildaufnahme auf den QRS-Komplex.
- Prospektive Triggerung: Die Aufnahme startet nach Detektion der R-Zacke. Am Ende des Herzzyklus verbleibt ein "blindes Intervall" ohne Datenaufzeichnung.
- Retrospektives Gating: Kontinuierliche Datenaufnahme mit nachträglicher Zuordnung zu den Herzphasen. Ideal für die Cine-Bildgebung, da das blinde Intervall entfällt.
Wichtige Pulssequenzen in der Kardio-MRT
| Sequenztyp | Eigenschaften | Klinische Relevanz |
|---|---|---|
| Spoiled Gradienten-Echo | Kurze TR, anfällig für Flussartefakte, niedriges SNR | Darstellung von Fluss-Jets (Signalauslöschung) |
| bSSFP (Balanced SSFP) | Hohes SNR, T2/T1-Kontrast, wenig flussempfindlich | Standard für Cine-Bildgebung; benötigt sehr gutes Shimming |
| Spin-Echo (SE) | Nutzt 180°-Refokussierungspuls, T2-Gewichtung | Anatomie, Ödemdarstellung (weniger anfällig für B0-Inhomogenitäten) |
| Fast/Turbo-Spin-Echo | Mehrere k-Raum-Zeilen pro RR-Intervall (Echozuglänge) | Beschleunigte anatomische Bildgebung |
Signalunterdrückung (Blut und Fett)
Um spezifische Pathologien besser darzustellen, werden Störsignale gezielt unterdrückt:
- Black-Blood-Spin-Echo: Fließendes Blut verlässt die Bildschicht zwischen dem 90°- und 180°-Puls (Spin Wash-out) und erscheint schwarz. Die Unterdrückung wird durch Double Inversion Recovery (IR) deutlich verbessert.
- STIR (Short TI Inversion Recovery): Nutzt die kurze T1-Zeit von Fett. Die Bildaufnahme erfolgt exakt zu dem Zeitpunkt (TI), an dem die Magnetisierung von Fett den Nullpunkt durchschreitet.
- CHESS: Spektrale Fettunterdrückung basierend auf der unterschiedlichen Resonanzfrequenz (Chemical Shift) von Fett und Wasser. Erfordert ein sehr homogenes Magnetfeld.
Phase Contrast Velocity Encoding
Zur quantitativen Flussmessung (z. B. über Herzklappen) werden Geschwindigkeiten in der Phase der transversalen Magnetisierung kodiert. Durch bipolare Gradienten erfahren bewegte Spins eine Phasenverschiebung proportional zu ihrer Geschwindigkeit. Das maximal messbare Geschwindigkeitsspektrum wird als VENC (Velocity Encoding Sensitivity) definiert.
💡Praxis-Tipp
Achten Sie bei bSSFP-Sequenzen auf ein exaktes, patientenbezogenes Shimming, da Magnetfeldinhomogenitäten sonst zu störenden 'Banding'-Artefakten führen. Nutzen Sie bei stark arrhythmischen Patienten bevorzugt die prospektive EKG-Triggerung anstelle des retrospektiven Gatings.