MRI compatible small animal monitoring and trigger system for whole body scanners

Performing magnetic resonance imaging (MRI) experiments with small animals requires continuous monitoring of vital parameters, especially the respiration rate. Clinical whole-body MR scanners represent an attractive option for preclinical imaging as dedicated animal scanners are cost-intensive in both investment and maintenance, thus limiting their availability. Even though impressive image quality is achievable with clinical MR systems in combination with special coils, their built-in physiologic monitoring and triggering units are often not suited for small animal imaging. In this work, we present a simple, MRI compatible low cost solution to monitor the respiration and heart rate of small animals in a clinical whole-body MR scanner. The recording and processing of the biosignals as well as the optimisation of the respiratory trigger generation is decribed. Additionally rat and mouse in-vivo MRI experiments are presented to illustrate the effectiveness of the monitoring and respiratory trigger system in suppressing motion artifacts.

ZusammenfassungDie Durchführung von Experimenten mit Kleintieren mittels MRT erfordert eine kontinuierliche Überwachung lebenswichtiger Parameter, insbesondere der Atemfrequenz. Klinische Ganzk¨orper-MR-Scanner stellen eine attraktive Option für die präklinische Bildgebung dar, da dedizierte Kleintierscanner kostenintensiv in der Anschaffung und im Unterhalt sind, was die Verfügbarkeit einschränkt. Obwohl eine beeindruckende Bildqualität mit klinischen Ganzk¨orper-MRT-Systemen in Kombination mit speziellen Spulen erzielt werden kann, sind deren eingebaute physiologische Überwachungs- und Ansteuerungseinheiten oft nicht geeignet für die Kleintierbildgebung. In der vorliegenden Arbeit präsentieren wir eine einfache, MRI-kompatible, kostengünstige L¨osung zur Überwachung der Atmung und Herzfrequenz von Kleintieren in einem klinischen Ganzk¨orper-MR-Scanner. Neben der Beschreibung der Aufnahme und Verarbeitung der Biosignale sowie der Optimierung der generierten Triggersignale werden In-vivo-MRT-Messungen an Ratten und Mäusen präsentiert, die die Unterdrückung respiratorisch induzierter Bewegungsartefakte demonstrieren.