Análisis cuantitativo de variables hemodinámicas de la aorta obtenidas de 4D flow / Quantitative analysis of hemodynamic variables of the aorta by 4D flow MRI

Objective: Hemodynamic parameters are critical to perform a proper diagnosis. However, due to the large number of variables that can be obtained, overall analysis may represent a complex task. To facilitate this, we propose to create a model for classifying different hemodynamic variables between those belonging to a healthy individual and to a pathological patient. For this purpose, we employed data mining techniques to identify relationships among various aortic hemodynamic parameters obtained through multi-dimensional (4D flow) MR imaging. Method: A 4D flow sequence of whole heart and great vessels was acquired using MRI in 19 healthy volunteers and 2 patients (one with aortic coarctation and one with repaired coarctation of the aorta). Retrospectively, data were reformatted along the aorta; three MRI acquisitions were performed for volunteers and 30 sequences for each patient. In each slice the aorta was segmented and various parameters were quantified: area, maximum velocity, minimum velocity, flow and volumen, with following values being calculated for last four parameters: maximum, average, standard deviation, kurtosis, skewness, proportion of time to reach the maximum value, among others. A total of 26 variables for each acquisition were obtained. In order to classify data, the CART Technique (Classification and Regression Trees) was applied. To validate the model, two extra projections were generated per each volunteer and 20 slice per each patient. Results: By using only 7 variables, the CART Technique allows discrimination between images performed either on volunteers or patients with an error rate of 14.1 percent, a sensitivity of 82.5 percent, and a specificity of 89.4 percent. Conclusions: 4D flow MR imaging provides a wealth of hemodynamic data that can be difficult to analyze. In this paper we demonstrate that by using data mining techniques it is possible to classify images from relevant hemodynamic parameters and their relationships in order...

Objetivo: Los parámetros hemodinámicos son de gran utilidad para realizar un adecuado diagnóstico. Sin embargo, debido a la gran cantidad de variables que pueden obtenerse, el análisis global de todas ellas puede ser complejo. Para facilitar esta tarea, nosotros proponemos crear un modelo que permita clasificar distintas variables hemodinámicas entre las pertenecientes a un individuo sano o a uno patológico. Para ello, usaremos técnicas de minería de datos que permitan identificar y encontrar relaciones entre distintos parámetros hemodinámicos de la aorta obtenidos a través de flujo multidimensional (4D flow) por resonancia magnética. Método: Una secuencia 4D flow de todo el corazón y los grandes vasos fue adquirida utilizando resonancia magnética en 19 voluntarios sanos y 2 pacientes (uno con una coartación aórtica y otro con una coartación aórtica reparada). Retrospectivamente, los datos fueron reformateados a lo largo de la aorta, originándose 3 cortes en los voluntarios y 30 cortes en cada paciente. En cada corte la aorta fue segmentada y distintos parámetros fueron cuantificados: área, velocidad máxima, velocidad mínima, flujo y volumen, calculándose en los cuatro últimos su valor máximo, promedio, desviación estándar, curtosis, sesgo, proporción de tiempo en alcanzar el valor máximo, entre otros. Teniendo un total de 26 variables por cada corte. Se aplicó la técnica de árboles de decisión tipo CART (por sus siglas en inglés) para clasificar los datos. Para validar el modelo, 2 cortes extras fueron generados por cada voluntario y 20 cortes por cada paciente. Resultados: La técnica CART, mediante la utilización de sólo 7 variables, puede clasificar las imágenes de los voluntarios y pacientes con una tasa de error del 14,1 por ciento, una sensibilidad de 82,5 por ciento y una especificidad de 89.4 por ciento. Conclusiones: 4D flow provee una gran cantidad de datos hemodinámicos que son difíciles de analizar. En este trabajo demostramos que al utilizar...

Medición de presiones relativas en aorta torácica y arteria pulmonar de voluntarios sanos y pacientes con Tetralogía de Fallot reparada utilizando la secuencia 4D Flow de resonancia magnética cardíaca / Relative pressure measurement in thoracic aorta and pulmonary artery in healthy volunteers and patients with Tetralogy of Fallot repaired by 4D Flow cardiovascular MRI

Objective. To validate the utility of 4D Blood Flow and Navier-Stokes equations to create relative pressure (RP) maps in the aorta and pulmonary artery (PA) in healthy volunteers and patients with repaired tetralogy of Fallot (TOF). Methods. A 4D flow sequence of whole heart and its major vessels was acquired in 10 healthy volunteers and 6 patients with repaired TOF. The root of the ascending aorta was used as the reference point to calculate RP along five different points of this area. In addition, relative pressure of both right and left PA was measured as correlated to absolute pressure. Results. Patients with repaired TOF showed greater pulmonary artery (PA) relative pressure differences between maximum and minimum values when compared to volunteers (p <0.05). Additionally, aortic relative pressures had an excellent correlation with published data, whether using 4D flow or by catheterization. Conclusions. 4D Flow MRI may represent a new non-invasive and non operator-dependent diagnostic tool in CV disease management.

Objetivo. Utilizar 4D Flow y las ecuaciones de Navier-Stokes para obtener mapas de presiones relativas (PR) en la Aorta y Arteria Pulmonar (AP) de voluntarios y pacientes con Tetralogía de Fallot reparada (TOFr). Métodos. En 10 voluntarios y 6 pacientes con TOFr se adquirió la secuencia 4D flow del corazón y sus principales vasos. La raíz de la Aorta Ascendente se utilizó como referencia para calcular las PR a esta zona en cinco puntos distintos. Además, se midió la PR de la AP derecha e izquierda respecto a la AP. Resultados. Los pacientes con TOFr tuvieron diferencias de PR entre los valores máximos y mínimos más grandes que los voluntarios en la AP (p<0,05). Adicionalmente, las PR de la aorta tuvieron una excelente correlación con datos publicados utilizando 4D flow y mediante cateterización. Conclusiones. 4D Flow podría constituir una nueva herramienta diagnóstica, no invasiva, ni operador dependiente, en el manejo de patologías CV.

Medición volumétrica de grasa visceral abdominal con RM y su relación con elastografía hepática en una población diabética / Volumetric measurement of abdominal visceral fat by MRI and its relation to transient elastography in a diabetic population

Background. Increase in visceral fat is associated to the development of fatty liver and liver fibrosis. Hepatic elastography is a novel noninvasive method for assessing liver fibrosis. Objective. To evaluate the relationship between visceral adipose tissue volume (VAT), subcutaneous adipose tissue volume (SAT) as measured by Magnetic Resonance Imaging (MRI) and transient elastography (TrE) values using ARFI (Acoustic Radiation Force Impulse) in type 2 Diabetic Mellitus patients (DM2). Methods. We included 20 DM2 patients (mean age: 62 years, range: 55-75, mean weight: 77.8 kg, range: 61.5-97). Patients underwent an MRI study in a Philips Intera 1.5T scanner. MR imaging protocol included a spectral excitation sequence centered on the fat peak. The sequence included 32 cross sections, 7mm thick, from the diaphragmatic cupula to the inferior border of the kidney. VAT was measured by using the semiautomatic Image J software. Each patient underwent a hepatic elastograpy (HE); 10 ARFI measurements were performed in the right hepatic lobe. Finally, a statistical analysis was performed by applying Pearson correlation between abdominal fat volumes and ARFI scores Results. Mean VAT was 2472 +/- 861 cc, (1173-4020 cc), whilst the mean ARFI was 1.62 ± 0.8 m/s, (0.8-3.4 m/s). Correlations obtained were r=0.08 between VAT and ARFI (p=0.72); 0.13 between SAT and ARFI (p=0.57), and -0.06 between (VAT+SAT) and ARFI (p=0.77). By subdividing the sample universe, we observed that the group with ARFI scores greater than 1.6 m/s (7 patients) had a correlation of 0.63 between VAT and ARFI (p=0.12); of 0.66 between SAT and ARFI (p=0.10), and of 0.94 between VAT+SAT and ARFI (p=0.001). In the subgroup with ARFI values inferior to 1.6 m/s (13 patients), the correlation was of 0.11 between VAT and ARFI (p=0.71); of 0.26 between SAT and ARFI (p=0.38), and of 0.32 between ( VAT+SAT) and ARFI (p=0.28). When adjusted for gender, ARFI scores greater than.

Introducción. La acumulación de grasa visceral se asocia al desarrollo de enfermedad hepática. La elastografía hepática es un método novedoso no invasivo para evaluar fibrosis hepática. Objetivo. Evaluar la relación entre el volumen de tejido adiposo visceral (VAT), volumen de tejido adiposo subcutáneo (SAT) medido por resonancia magnética (RM), con índices de elastografía hepática (EH) utilizando ARFI (fuerza de impulso de radiación acústica) en pacientes con Diabetes Mellitus tipo 2 (DM2). Métodos. Fueron incluidos 20 pacientes (edad promedio: 62 años, rango: 55-75 años, peso promedio: 77,8 kg, rango: 61,5-97 kg) con DM2. Los pacientes se sometieron a un examen de RM en un resonador Philips Intera 1.5T. Al protocolo de RM se agregó una secuencia de excitación espectral centrada en el peak de grasa. La secuencia incluyó 32 cortes transversales, grosor 7mm, desde la cúpula diafragmática hasta el borde inferior renal. En las imágenes se midió VAT utilizando el software Image J (freeware). En cada paciente se realizó una EH, utilizando ARFI con 10 medidas en lóbulo hepático derecho. Finalmente, se realizó un análisis estadístico a través de la correlación de Pearson entre los volúmenes de grasa abdominal y ARFI. Resultados. El promedio de VAT fue 2472 +/- 861 cc, (1173-4020 cc), el promedio de ARFI fue 1,62 ± 0,8 m/s, (0,8-3,4 m/s). Se obtuvieron correlaciones de r=-0,08 entre VAT y ARFI (p=0,72), de 0,13 entre SAT y ARFI (p=0,57), y de -0,06 entre (VAT+SAT) con ARFI (p=0,77). Subdividiendo el universo muestral, se encontró que el grupo con ARFI mayor que 1,6 m/s (7 pacientes) obtuvo una correlación de 0,63 entre VAT y ARFI (p=0,12), de 0,66 entre SAT y ARFI (p=0,10), y de 0,94 entre (VAT+SAT) con ARFI (p=0,001). En el subgrupo con ARFI inferior a 1,6 m/s (13 pacientes) la correlación fue 0,11 entre VAT y ARFI (p=0,71), de 0,26 entre SAT y ARFI (p=0,38), y de 0,32 entre (VAT+SAT) y ARFI (p=0,28).

4D FLOW: una nueva herramienta de diagnóstico para cardiopatías congénitas / 4D Flow MRI: a new diagnostic tool for congenital heart diseases

Purpose. To demonstrate the utility of 4D flow MR imaging for analyzing blood flow patterns and flow distribution in patients with congenital heart diseases. Methods: Six patients with congenital heart diseases were scanned using a standard cardiac MRI protocol, according to their condition. Additionally, 2D flow sequences of the great vessels, and a 4D flow sequence covering the entire heart were acquired. Flow patterns were visualized by using vector fields, streamlines and particle traces. Results: 4D flow technique depicted vortices and helical flow in the pulmonary artery of most patients, as well as in the aorta and superior vena cava of one patient with corrected aortic coarctation and a levoatrial cardinal vein. Conclusion: 4D flow MR imaging enables the identification of flow patterns difficult to detect with other diagnostic modalities. Comprehensive evaluation of flow patterns might help to understand the hemodynamic consequences of congenital heart diseases and their surgical procedures.

Objetivo. Demostrar la utilidad de 4D flow para el análisis de patrones y distribución de flujos en pacientes con cardiopatías congénitas. Métodos: Seis pacientes con cardiopatías congénitas fueron escaneados con un protocolo de resonancia magnética cardíaca estándar. Además se incluyeron secuencias de flujo 2D en los principales vasos del tórax y una secuencia 4D flow que cubría todo el corazón. Para la visualización de los patrones de flujo se emplearon vectores de velocidad, líneas de flujo y trazadores de partículas. Resultados: 4D flow reveló vórtices y hélices en la arteria pulmonar de la mayoría de los pacientes, y en la aorta y vena cava superior de un paciente con coartación aórtica reparada y vena cardinal levoatrial. Conclusiones: 4D flow permite identificar patrones de flujo en pacientes con cardiopatías congénitas, difíciles de observar con otros métodos diagnósticos. La evaluación de patrones de flujo podría contribuir a comprender las consecuencias hemodinámicas de diferentes cardiopatías congénitas.

Reducción de los tiempos de adquisición de imágenes por resonancia magnética utilizando técnicas de compressed sensing / Reduction of the acquisition time in magnetic resonance imaging using compressed sensing

Introduction: The acquisition process in magnetic resonance images (MRI) is slow. One approach to reduce the acquisition times is the reconstruction of undersampled data. i.e. to acquire less samples that those needed for standard application, and to reconstruct the unknown samples using mathematical algorithms. We propose to used reconstruction techniques for undersampled data based on Compressed Sensing (CS) to decrease the acquisition times, obtaining identical MRI as those obtained with all samples. Methods: We performed reconstructions of undersampled data obtained from phantoms and MRI with 60 percent, 55 percent and 50 percent of the samples. Results: When the number of samples was more that the double of pixels with non cero intensity, the reconstructions where identical to the original ones. For the MRI experiment, this was achieved with 60 percent of the samples, therefore obtaining a 40 percent of reduction in the acquisition time. Discussion: Our reconstruction technique based on CS is an effective way for reducing the acquisition times in MRI.

Introducción: El proceso de adquisición de imágenes por resonancia magnética (IRM) es lento. Una forma para disminuir los tiempos de adquisición es a través de reconstrucciones de datos submuestreados, es decir tomar menos muestras que las necesarias en aplicaciones estándares, y reconstruir las muestras faltantes a través de algoritmos matemáticos. Proponemos utilizar técnicas de reconstrucción de datos submuestreados basadas en técnicas de Compressed Sensing (CS) para disminuir los tiempos de adquisición, obteniendo imágenes idénticas a las obtenidas con todas las muestras. Métodos: Realizamos reconstrucciones de datos submuestreados de fantomas y IRM con 60 por ciento, 55 por ciento y 50 por ciento de las muestras. Resultados: Cuando el número de muestras fue mayor al doble del número de pixeles con intensidad cero, las reconstrucciones obtenidas fueron idénticas a las originales. Para las IRM esto se logró con 60 por ciento de las muestras, logrando reducciones del 40 por ciento en los tiempos de adquisición. Discusión: Nuestra técnica de reconstrucción basada en CS es una forma efectiva para reducir los tiempos de adquisición de IRM.

Utilización de la resonancia magnética con contraste de fase para el diagnóstico del síndrome de congestión pelviana / Using phase contrast MRA for the diagnosis of pelvic congestion syndrome

Introduction: Pelvic congestion syndrome (PCS) is produced by anomalous flow in ovarían veins. Direct venography (DV) is the gold-standard for diagnosis. Phase-Contrast Magnetic Resonance Angiography (PC-MRA) appears as an alternative that would permit a morphological and functional assessment. The purpose of the study was to evaluate the usefulness of flow velocity (measured with PC-MRA) as a diagnostic criterion and also to compare it with the DV technique. Patients and methods: We prospectively included 8 female patients with clinical suspicion of PCS who were referred for undergoing DV over a six-month period. PC-MRA examinations were performed in all of them. Slow anterograde or retrograde flow were the diagnostic criteria. Sensitivity, specificity, PPV, and NPV were also calculated. Results: Data from 16 veins were analized by means of a home-made software written in Matlab. There were 12 abnormal and 4 normal veins according to DV results. All the abnormal veins were correctly identified by MR-PC. Two veins (corresponding to the same patient) were considered as normal in accordance with DV results, whereas the PC-MRA analysis revealed them as abnormal veins. This patient presented with PCS typical symptoms. Sensitivity and specificity values were 100 and 50 percent, respectively, whereas PPV and NPV values were 86 and 100 percent, respectively. Conclusion: PC-MRA is a useful diagnostic tool for patients with clinical suspicion of PCS and could avoid unnecessary invasive procedures.

Introducción: El síndrome de congestión pelviana (SCP) es producido por flujo anómalo en las venas ováricas. La venografía directa (VD) es el estándar de referencia. La resonancia magnética con contraste de fase (MR-CF) permitiría una evaluación morfológica y funcional. El propósito fue evaluar la utilidad de la velocidad de flujo medida con RM-CF como criterio diagnóstico comparado con VD. Pacientes y Métodos: Incluimos prospectivamente 8 pacientes derivadas para VD por sospecha de SCP durante 6 meses; todas fueron sometidas a RM-CF. Los criterios diagnósticos fueron: flujo retrógrado o anterógrado lento. Se calculó sensibilidad, especificidad, VPP y VPN. Resultados: Analizamos los datos de 16 venas, utilizando un software propietario escrito en Matlab. Hubo 12 venas anormales y 4 venas normales en VD. Todas la venas anormales fueron correctamente identificadas por MR-PC. Dos venas (la misma paciente) fueron normales en VD y anormales en MR-PC. Esta paciente tenía clásicos síntomas de SCP La sensibilidad fue de 100 por ciento, especifidad de 50 por ciento, VPP de 86 por ciento y VPN de 100 por ciento Discusión: MR-PC es una herramienta útil en el diagnóstico del SCP y evitaría exámenes invasivos innecesarios.