Quantification of direct current in electrically active implants using MRI methods

The aim of this study was to evaluate a variety of phase- and magnitude-based MRI methods at 1.5 T and 3 T regarding their sensitivity and accuracy with respect to the quantification of electrical direct current via the induced magnetic field inhomogeneity. For this, a phantom was constructed which was specially designed to reduce RF effects and which provided a one-dimensional electrical direct current in a thin copper conductor perpendicular to the static magnetic field of the scanner. The current was varied between 4 mA and 472 mA. The analysis of FLASH phase images as well as trueFISP and MAGSUS images revealed that the accuracy of the MR current measurement depended on the method and the field strength: the mean of the absolute deviations of the measured current values from the adjusted current values varied between 9% and 21%. The phase measurement with a FLASH sequence was found to be more sensitive than the trueFISP and MAGSUS measurements. In FLASH magnitude images as well as in images of spin echo sequences with on- and off-resonant frequency selective saturation pulses the extension of the artifact increased with the electrical current. MRI methods for the quantification of electrical direct current might e.g. play a role in functional testing of electrically active devices in the human body in terms of measuring the present current. One-dimensional electrical direct current in a thin, straight conductor could also be applied to the visualization of instruments in interventional MRI procedures. Currents below 100 mA would be sufficient to create distinct artifacts, at least under simplified conditions (homogeneous background etc.).

ZusammenfassungZiel dieser Studie war es, verschiedene Phasen- und Magnituden-basierte MRT-Methoden bei 1,5 T und 3 T hinsichtlich ihrer Empfindlichkeit und Genauigkeit in Bezug auf die Quantifizierung von elektrischem Gleichstrom über die erzeugte Magnetfeldinhomogenität zu evaluieren. Hierzu wurde ein Phantom konstruiert, das zur Reduktion von HF-Effekten eine spezielle Bauweise aufwies und das einen eindimensionalen elektrischen Gleichstrom in einem dünnen Kupferleiter senkrecht zum statischen Magnetfeld des Scanners lieferte. Die Stromstärke wurde zwischen 4 mA und 472 mA variiert. Die Analyse von FLASH-Phasenbildern sowie von trueFISP- und MAGSUS-Bildern zeigte, dass die Genauigkeit der MR-basierten Strommessung von der Methode und der Feldstärke abhing: Der Mittelwert der Beträge der Abweichungen der gemessenen Stromwerte von den eingestellten Stromwerten lag zwischen 9% und 21%. Die FLASH-Phasenmessung war empfindlicher als die trueFISP- und MAGSUS-Messungen. Bei FLASH-Magnitudenbildern sowie bei Bildern von Spinecho-Sequenzen mit on- und off-resonanten frequenzselektiven Sättigungspulsen nahm die Ausdehnung des Artefakts mit der elektrischen Stromstärke zu. MRT-Methoden für die Quantifizierung von elektrischem Gleichstrom könnten z.B. bei einer Funktionsprüfung von elektrisch aktiven Geräten im menschlichen Körper im Sinne einer Messung der vorhandenen Stromstärke eine Rolle spielen. Eindimensionaler elektrischer Gleichstrom in einem dünnen, geraden Leiter könnte auch zur Visualisierung von Instrumenten in Verfahren der interventionellen MRT eingesetzt werden. Eine Stromstärke kleiner 100 mA wäre ausreichend zur Erzeugung von deutlichen Artefakten, zumindest unter vereinfachten Bedingungen (homogener Hintergrund etc.).