心血管磁気共鳴のピクセルごとの評価透過性心筋灌流勾配を模倣する心臓ファントムを使用したファーストパス灌流

目的：冠動脈疾患のピクセルごとの検出のための心血管磁気共鳴ファーストパス灌流は、急速に臨床基準になりつつありますが、その評価と検証のために広く利用可能な方法は存在しません。この研究では、ピクセルレベルでの新しい灌流イメージング方法の評価を可能にするために、空間的に依存する流れ値を生成できる新しいファントムを紹介します。 方法：透過性心筋灌流勾配を模倣する合成マルチキャピラリー心筋ファントムが、高精度3D印刷で設計および製造されました。ファントムは、基準心筋灌流速度を提供する固定フローセットアップで使用され、3Tシステムでスキャンされました。臨床デュアルシーケンス技術を使用して、1〜4 mL/g/minの生理学的灌流速度のための繰り返しのファーストパス灌流MRIを実施しました。フェルミ関数が制約したデコンボリューションを使用して、ピクセルごとの灌流速度マップを推定しました。位相コントラスト（PC）-MRIを使用して、基準値の検証と相互比較のために灌流速度に変換された速度測定を取得しました。ピクセルごとのマップの精度は、シミュレートされた参照マップに対して評価されました。 結果：PC-MRIは、灌流速度（変動係数[COV] 2.4-3.5％）の優れた再現性と、完全な生理学的範囲全体での参照値（R2 = 0.985）との相関を示しました。最初のパス灌流MRI（Cov 3.7-6.2％、R2 = 0.987）についても同様の結果が見つかりました。ピクセルごとのマップは、PC-MRIで28.8-33.7％、ファーストパス灌流で23.8-37.7％の透過灌流の差を示し、基準値（30.2-31.4％）に一致しました。 結論：ファントムのユニークな透過灌流パターンにより、定期的な臨床使用を導入する前に、ファーストパス灌流獲得プロトコルと定量化アルゴリズムの効果的なピクセルごとの評価が可能になります。

PURPOSE: Cardiovascular magnetic resonance first-pass perfusion for the pixel-wise detection of coronary artery disease is rapidly becoming the clinical standard, yet no widely available method exists for its assessment and validation. This study introduces a novel phantom capable of generating spatially dependent flow values to enable assessment of new perfusion imaging methods at the pixel level. METHODS: A synthetic multicapillary myocardial phantom mimicking transmural myocardial perfusion gradients was designed and manufactured with high-precision 3D printing. The phantom was used in a stationary flow setup providing reference myocardial perfusion rates and was scanned on a 3T system. Repeated first-pass perfusion MRI for physiological perfusion rates between 1 and 4 mL/g/min was performed using a clinical dual-sequence technique. Fermi function-constrained deconvolution was used to estimate pixel-wise perfusion rate maps. Phase contrast (PC)-MRI was used to obtain velocity measurements that were converted to perfusion rates for validation of reference values and cross-method comparison. The accuracy of pixel-wise maps was assessed against simulated reference maps. RESULTS: PC-MRI indicated excellent reproducibility in perfusion rate (coefficient of variation [CoV] 2.4-3.5%) and correlation with reference values (R2 = 0.985) across the full physiological range. Similar results were found for first-pass perfusion MRI (CoV 3.7-6.2%, R2 = 0.987). Pixel-wise maps indicated a transmural perfusion difference of 28.8-33.7% for PC-MRI and 23.8-37.7% for first-pass perfusion, matching the reference values (30.2-31.4%). CONCLUSION: The unique transmural perfusion pattern in the phantom allows effective pixel-wise assessment of first-pass perfusion acquisition protocols and quantification algorithms before their introduction into routine clinical use.