Non-invasive quantitative pulmonary V/Q imaging using Fourier decomposition MRI at 1.5T

ObjectivesTechniques for quantitative pulmonary perfusion and ventilation using the Fourier Decomposition method were recently demonstrated. We combine these two techniques and show that ventilation-perfusion (V/Q) imaging is possible using only a single MR acquisition of less than thirty seconds.MethodsThe Fourier Decomposition method is used in combination with two quantification techniques, which extract baselines from within the images themselves and thus allows quantification. For the perfusion, a region assumed to consist of 100% blood is utilized, while for the ventilation the zero-frequency component is used. V/Q-imaging is then done by dividing the quantified ventilation map with the quantified perfusion map. The techniques were used on ten healthy volunteers and fifteen patients diagnosed with lung cancer.ResultsA mean V/Q-ratio of 1.15±0.22 was found for the healthy volunteers and a mean V/Q-ratio of 1.93±0.83 for the non-afflicted lung in the patients. Mean V/Q-ratio in the afflicted (tumor-bearing) lung was found to be 1.61±1.06. Functional defects were clearly visible in many of the patient images, but 5 of 15 patient images had to be excluded due to artifacts or low SNR, indicating a lack of robustness.ConclusionNon-invasive, quantitative V/Q-imaging is possible using Fourier Decomposition MRI. The method requires only a single acquisition of less than 30 seconds, but robustness in patients remains an issue.

ZusammenfassungZielVor Kurzem wurden Methoden entwickelt, mit deren Hilfe sich sowohl die Perfusions- als auch die Ventilationsinformationen der Fourier-Decomposition-MRT quantifizieren lassen. In dieser Publikation werden die Techniken kombiniert und es wird gezeigt, dass auch die Erzeugung von Ventilations/Perfusions-(V/Q)-Karten möglich ist. Das verwendete Verfahren ist dabei komplett nicht-invasiv und dauert lediglich 30 Sekunden.MethodenDie mit Hilfe von FD-MRT erhaltenen Daten werden in Kombination mit zwei Quantifizierungsmethoden verwendet, die ihre Basis direkt aus den Bilddaten selbst ermitteln. Die Quantifizierung der Perfusion erfolgt dabei über eine Region, von der angenommen wird, dass sie komplett mit Blut gefüllt ist. Zur Quantifizierung der Ventilation benutzt man die Deformation der Lunge während des Atemzyklusses. Die V/Q-Karten werden danach mittels Division erzeugt. Die Methode wurde sowohl an 10 gesunden Probanden als auch an 15 mit Lungenkrebs diagnostizierten Patienten getestet.ErgebnisseDas mittlere V/Q-Verhältnis der gesunden Probanden betrug 1,15 ± 0,22. Das mittlere Verhältnis der Patienten betrug 1,93 ± 0,83 im Lungenflügel ohne Tumor und 1,61 ± 1,06 im Lungenflügel mit Tumor. In den meisten Bildern waren ausgeprägte funktionelle Defekte sichtbar. Allerdings wurden 5 von 15 Fällen aufgrund von Artefakten und niedriger Signalstärke von der Studie ausgeschlossen. Dies ist ein Hinweis darauf, dass die Methode eine geringe Robustheit aufweist.ZusammenfassungQuantitative FD-MRT zur Erzeugung von V/Q-Karten ist prinzipiell möglich. Die Methode ist dabei komplett nichtinvasiv und mit einer benötigten Messzeit von weniger als 30 Sekunden äußert schnell. Allerdings ist die Robustheit der Methode bei Patientenmessungen momentan noch ein Problem, das es zu lösen gilt.