Н.В. Анисимов1, А.А. Тарасова2, О.С. Павлова3, Д.В. Фомина4, И.А. Усанов5, А.М. Макуренков6, Г.Э. Павловская7, Ю.А. Пирогов8

1,2,3,4,5,6,7 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова (Москва, Россия)

4,7 МРТ центр имени Сэра Питера Мэнсфилда (Ноттингемский университет, Великобритания)

7 Ноттингемский биомедицинский исследовательский центр, Национальный институт изучения здоровья (Ноттингемский университет, Великобритания)

В работе раскрыты возможности низкополевой МРТ на ядрах 23Na, получены изображения различных органов человека с помощью метода 3D-сканирования при минимальных аппаратных доработках типового клинического сканера с полем 0,5 Tл. Фирменные приемные катушки, изначально предназначенные для регистрации протонных сигналов (21,1 МГц), были преобразованы в приемопередающие и настроены на натриевую ларморову частоту 5,6 МГц. Сканирование проводилось методом 3D-градиентного эха с параметрами: TR / TE = 44,7 / 12 мс, FA = 45° с разрешением 6 мм. Для увеличения отношения сигнал/шум при обработке данных применялась аподизация в k-пространстве. Получены 23Na МРТ изображения (включая объемные реконструкции) нескольких органов человека – головы, груди, сердца, суставов с отношением сигнал/шум до 15. При разработке МРТ 23Na с низким полем рекомендуется сосредоточить внимание на регистрации только T2long компоненты  (> 15 мс). В этом случае можно максимально сузить полосу пропускания приемника, минимизировать шум и снизить требования к пропусканию сигнала по тракту передачи. В результате для отладки методов МРТ можно использовать оборудование типового клинического сканера, дополненное катушками, настроенными только на частоту ЯМР натрия.

Анисимов Н.В., Тарасова А.А., Павлова О.С., Фомина Д.В., Усанов И.А., Макуренков А.М., Павловская Г.Э., Пирогов Ю.А.  23Na МРТ на клиническом сканере с полем 0,5 Тл // Успехи современной радиоэлектроники. 2021. T. 75. № 5. С. 37–45. DOI:https://doi.org/10.18127/j20700784-202104-02

1. Madelin G., Lee J.-S., Regatte R.R., Jerschow A. (2014) Sodium MRI: methods and applications Prog Nucl Magn Reson Spectrosc 79: 14–47.
2. Burstein D., Springer Jr. CS. (2019) Sodium MRI revisited Magn Reson Med 82(2): 521–524.
3. Mellon E.A., Pilkinton D.T., Clark C.M., Elliott M.A., Witschey 2nd W.R., Borthakur A., Reddy R. (2009) Sodium MR Imaging Detection of Mild Alzheimer Disease: Preliminary Study Am J Neuroradiol 30(5): 978–984.
4. Reetz K., Romanzetti S., Dogan I., Saβ C., Werner K.J., Schiefer J., Schulz J.B., Shah N.J. (2012) Increased brain tissue sodium concentration in Huntington's Disease — A sodium imaging study at 4 T NeuroImage 63(1): 517–524.
5. Karg M.V., Bosch A., Kannenkeril D. & etc. (2018) SGLT-2-inhibition with dapagliflozin reduces tissue sodium content: a randomised controlled trial Cardiovasc Diabetol 17(1):5. URL: https://doi.org/10.1186/s12933-017-0654-z.
6. Christa M., Weng A.M., Geier B. & etc. (2019) Increased myocardial sodium signal intensity in Conn’s syndrome detected by 23Na magnetic resonance imaging Eur Heart J Cardiovasc Imaging 20(3): 263–270.
7. Haacke E.M., Brown R.W., Thompson M.R., Venkatesan R. (1999), Magnetic Resonance Imaging: Physical Principles and Sequence Design. Wiley, Hoboken.
8. Ra J.B., Hilal S.K., Oh C.H., Mun (1988) In vivo magnetic resonance imaging of sodium in the human body Magn Reson Med 7(1): 11–22.
9. Halbach K. (1980) Design of permanent multipole magnets with oriented rare earth cobalt material Nucl Instrum Methods 169: 1–10.
10. Cooley C.Z., Haskell M.W., Cauley S.F., Sappo C., Lapierre C.D., Ha C.G., Stockmann J.P., Wald L.L. (2018) Design of Sparse Halbach Magnet Arrays for Portable MRI Using a Genetic Algorithm IEEE Trans Magn 54(1): 5100112.
11. Anisimov N.V., Sadykhov E.G., Pavlova O.S., Fomina D.V., Pirogov Yu.A. (2019) Whole Body Sodium MRI at 0.5 Tesla Using Surface Coil and Long Echo Time Sequence Appl Magn Reson 50(10): 1149–1161.
12. Wetterling F., Corteville D.M., Kalayciyan R., Rennings A., Konstandin S., Nagel A.M., Stark H., Schad L.R. (2012) Whole body sodium MRI at 3T using an asymmetric birdcage resonator and short echo time sequence: first images of a male volunteer Phys Med Biol 57(14): 4555–4567.
13. Anisimov N.V., Volkov D., Gulyaev M., Pavlova O., Pirogov Yu. (2016) The registration of signals from the nuclei other than protons at 0.5 T MRI scanner J Phys Conf Ser 677: 012005.
14. Anisimov N.V., Pavlova O.S., Agafonnikova A.G., Kosenkov A.V., Fomina D.V. (2019) Multinuclear Applications on 0.5 T Magnetic Resonance Scanner Appl Magn Reson 50(1–3): 17–27.
15. Anisimov N.V., Tarasova A.A., Pavlova O.S., Fomina D.V., Makurenkov A.M., Pavlovskaya G.E., Pirogov Yu.A. (2021) MRI Coils Optimized for Detection of 1H and 23Na at 0.5 T Appl Magn Reson 52(3): 221–233.
16. Gilbert K.M., Scholl T.J., Chronik B.A. (2008) RF coil loading measurements between 1 and 50 MHz to guide field–cycled MRI system design Concepts Magn Reson Part B Magn Reson Eng 33B(3): 177–191.
17. Schneider C.A., Rasband W.S., Eliceiri K.W. (2012) NIH Image to ImageJ: 25 years of image analysis Nat Methods 9(7): 671–675.
18. McVeigh E.R., Henkelman R.M., Bronskill M.J. (1985) Noise and filtration in magnetic resonance imaging Med Phys 12: 586–591.
19. Parker D.L., Gullberg G.T., Frederick P.R. (1987) Gibbs artifact removal in magnetic resonance imaging Med Phys 14: 640–645.
20. Stobbe R., Beaulieu C. (2008) Advantage of sampling density weighted apodization over postacquisition filtering apodization for sodium MRI of the human brain Magn Reson Med 60: 981–986.