Einleitung

EKG und MKG bieten durch ihre hohe Sensitivität die Möglichkeit, elektrische bzw. magnetische Aktivität des Herzens zu messen, wodurch Rückschlüsse auf die Erregungsleitung gezogen werden können. Jedoch bieten beide Methoden eine niedrige Ortsauflösung, wodurch sich eine geringe Spezifität in der Diagnostik ergibt. In dieser Arbeit stellen wir ein neues Konzept zur Detektion QRS-förmiger Magnetfeldfluktuationen mittels MRT vor, welches potenziell eine direkte Bildgebung der kardialen Erregungsleitung ermöglicht, da eine hohe Sensitivität sowie die volle Ortsauflösung moderner MRT-Systeme genutzt werden kann.

Grundlagen

Der magnetische Peak des QRS-Komplexes verfügt näherungsweise über ein Frequenzspektrum von ±50Hz. Da die Resonanzfrequenz eines klinischen MRTs von der Feldstärke des Hauptmagnetfeldes festgelegt wird und im MHz-Bereich liegt, ist keine direkte Detektion des QRS-Komplexes möglich. Jedoch bietet Spin-Locking (SL) die Möglichkeit, eine weitere unabhängige Resonanzfrequenz selektiv einzustellen und dabei die hohe Bildqualität eines Hochfeldgerätes beizubehalten. Wie in Abb. 1 zu sehen ist, führt die Wechselwirkung transversaler Magnetisierung mit einem magnetischen Peak während des SL-Pulses zum Aufschwingen der Magnetisierung (Rotary Excitation, REX). Der REX-Effekt hängt vom Zeitpunkt der Wechselwirkung ab und führt im Resonanzfall zu einem sinusförmigen MR-Signal und zu einem positiven Kontrast magnetischer Aktivität.

Methoden

Das neue Detektionsprinzip wurde in einem Phantomexperiment für künstliche magnetische QRS-Peaks getestet, deren Feldstärke im unteren nT-Bereich kardialer Felder lag. Eine Detektionskarte wurde jeweils aus der Signalvariation von N=20 Bildern berechnet, wobei die relative Position der R-Zacke gegenüber dem SL-Puls variiert wurde. Es wurden resonante und nicht-resonante Zustände verglichen und Peak-Amplituden im Bereich von 1…100nT für den Resonanzzustand variiert. Alle Messungen wurden an einem klinischen 3.0T-System (Siemens, MAGNETOM Skyra) durchgeführt.

Ergebnisse

Wie in der Simulation vorausgesagt, ergibt sich im Resonanzfall ein sinusförmiger Verlauf des REX-Signals in Abhängigkeit von der relativen Position der R-Zacke (R²>0.99), wohingegen keine signifikante Variation im nicht-resonanten Fall auftritt (s. Abb. 2). Das kleinste detektierbare Feld betrug 1nT. Abb. 3 zeigt, dass das detektierte Signal linear mit der Peak-Amplitude ansteigt (R²>0.99).

Diskussion

Das neu vorgestellte Konzept des REX-basierten Nachweises von magnetischen Peaks ermöglicht potenziell die Detektion des QRS-Komplexes mit der vollen Ortsauflösung einer MRT-Untersuchung. Erste Experimente mit künstlichen Feldern unter vereinfachten, nicht-physiologischen Bedingungen bestätigen die hohe Sensitivität der Methode mit einem Detektionslimit von 1nT. Die Linearität des Detektionssignals könnte weiterhin zur ortsaufgelösten Quantifizierung kardialer Felder genutzt werden. In künftigen Studien muss der In-vivo-Einsatz der Methode erprobt werden. Während die für die Detektion der kardialen Erregungsleitung benötigte Sensitivität bereits in dieser Arbeit belegt wurde, muss eine an physiologische Bedingungen (Herzschlag, Blutfluss, Atmung) angepasste robuste Datenakquisition entwickelt werden. Die neue Methode kann potenziell für eine Bildgebung kardialer Magnetfelder eingesetzt werden und ein wichtiges Werkzeug für die interventionelle MRT darstellen.

Acknowledgements: BMBF 01EO1504, MY.13