nih_logo
dhhs1
Export Wizard-1
U.S. Department of
Health and Human
Sevices
National Institutesof Health
National Heart, Lung,and Blood Institute
Tissue Characterizationand Mapping Techniques
Peter Kellman
ECV
300
700 ms
0
2000 ms
Pre-contrast T1
Post-contrast T1
0%
20.4%
25.4%
30.4%
100%
Disclosures
I have no financial relationships to disclose.
                 - and -
I will discuss the following off label use in my presentation:
          Use of contrast agent for late enhancement imaging & T1-/ECV-mapping
Peter Kellman, Ph.D., NHLBI/NIH
•“Global” Abnormality
•Diffuse Fibrosis & Edema
•Focal abnormalities
•Area-at-risk & border zone quantification
•Remote regions
•Mass characterization
•Vascular, non-vascular
•Muscle, blood, fat, iron,…
Motivation:
normal
Native T1 Maps
cardiac amyloidosis
acute myocarditis
0
1000
2000
T1
ECV
QuantitativePerfusion
Fat Fraction
T2
T2*
Original
MOLLI
3(3)3(3)5
protocol
0
0
1
TI (ms)
Pixel-wise fit
T1 map
recovery
period
time between inversions
Mag IR signal
Raw magnitude images sorted by inversion time
MOLLI Image Acquisition
Messroghli DR, et al. Reson Med 2004, 52:141–6.
3-parameter model:
S = A – B exp(-TI/T1*)
Simple correction for T1* leads to error
3-parameter model:
S = A – B exp(-TI/T1*)
T1 ≈ T1* (B/A – 1)
ideal recovery
influence ofreadout(stationary tissue)
Influence of readout leads to apparent T1* < T1
Leads to dependencies:
Tissue
T2
Protocol parameters
matrix, ….
Scanner adjustments
Off-resonance
Flip angle
SASHA (SAP-T1) Image Acquisition
Higgins DM, et al, Medical Physics. 2005;32(6):1738.
Chow K, et al, Magn Reson Med. 2013; 00:1–14.
TI6
TI7
TI8
TI1
TI2
TI3
TI4
TI5
TI0
TI9
TD
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
TI10
•
T1 map
0
S = A ( 1- exp(-TI/T1))  2-parameter model
S = A – B exp(-TI/T1)    3-parameter model
Pixel-wise fit
Extracellular contrast agent shortens T1proportional to concentration
 ≈ 4.5 L mmol-1sec-1
ΔR1 = Change in 1/T1  ~   [Contrast Agent]
Ugander M, et al, Eur Heart J, 2012
ECV imaging
Ugander M, et al, Eur Heart J, 2012 (supplement)
Mewton N, et al. Assessment of Myocardial Fibrosis With Cardiovascular
Magnetic Resonance. J Am Coll Cardiol. 2011 Feb 22;57(8):891-903.
300
700 ms
0
2000 ms
Native - T1
Post- T1
LGE
ECV
Chronic MI
HCM
Acute
Myocarditis
0%
100%
Examples with focal abnormalities
Kellman P, et al. Extracellular volume fraction mapping in the myocardium, Part 2: Initial ClinicalExperience. J Cardiovasc Magn Reson. 2012, 14:64.
Examples with diffuse disease
Kellman P, et al. Extracellular volume fraction mapping in the myocardium, Part 2: Initial ClinicalExperience. J Cardiovasc Magn Reson. 2012, 14:64.
Native-  T1
Post-  T1
LGE
ECV
DCM
cardiac
amyloidosis
SCLS
 
300
700 ms
0
2000 ms
0%
100%
cardiac
amyloidosis
primary
hyperaldosteronism
Native - T1
Post - T1
LGE
ECV
SD
maps
Subject with non-ischemic cardiomyopathyexhibiting patchy elevation of LGE and ECV
Artifacts:
•Partial volume
myocardium-blood
myocardium-fat
•Motion and co-registration errors
•Off-resonance
•Flip angle variation
T2=90 ms
T2=45 ms
T2-weighted imaging
short T2
(dark)
elevated T2
(bright)
Giri S, et.al. T2 quantification for improved detection of myocardial edema.
J Cardiovasc Magn Reson. 2009 Dec 30;11:56. doi: 10.1186/1532-429X-11-56.
T2-mapping
T1
T2
LGE
Acute MI2 day post MI
myocardialinfarction
area at risk
Acute MI1 week post MI
T1
T2
LGE
mass characterization studysubject with metastatic melanoma
LGE
T1-Post
Perfusion
T2*
cine
native T1
T2
T2w SSFP
T2w TSE
T2w TSE FS
water
fat
Summary:
•Quantitative measurements & parametric maps may beused to detect global shifts
•Reproducibility is paramount
•Native T1 & ECV are emerging methods for detection ofsubtle diffuse processes
•Pixelmaps are useful for characterizing heterogeneity
•Confidence metric/maps are useful since artifacts areless familiar in parametric map domain
•Higher spatial resolution may be required to combatpartial volume errors
20.4
25.4
30.4