Echtzeit Bewegungskorrektur bei LASER spiral 1H-MRSI

Die Protonen-Magnetresonanzspektroskopie Bildgebung (1H-MRSI) ermöglicht die nicht-invasive Bestimmung lokaler Hirnstoffwechselveränderungen, die den meisten Hirnerkrankungen zugrunde liegen. Sie liefert detailierte metabolische Informationen, sowohl in gesundem als auch pathologischem Gewebe, welche nicht mittels Standardbildgebungsverfahren gewonnen werden können. Allerdings ist der Einsatz der MRSI durch die reduzierte räumliche Abdeckung, niedrige räumliche Auflösung, lange Messzeiten und Lokalisierungsartefakte eingeschränkt, wenn allgemein verwendete MRSI Sequenzen auf standart MR Systemen eingesetzt werden. Um ihr volles Potential zu entfalten, müssen vorhandene MRSI Methoden folgendes leisten: (i) 3D Abdeckung des gesamten pathologischen Areals; (ii) exakte Lokalisierung; (iii) kurze Messzeiten; und (iv) Robustheit gegenüber Bewegung. Derzeit eingesetzte MRSI Sequenzen sind oft durch die Akquisition einzelner 2D MRSI Schichten limitiert. Neue MRSI Techniken basierend auf Echoplanarbildgebung oder spiraler Abtastung können die Messzeit signifikant reduzieren und erlauben die Abdeckung gut lokalisierter 3D Volumina. Bewegung während eines MRSI Scans führt zu Artefakten, die nicht immer einwandfrei sichtbar sind und oft unbemerkt bleiben. Um eine robuste Akquisition zu ermöglichen, ist es sinnvoll die spektrale Qualität mittels Echtzeit Korrektur von Bewegungsartefakten zu optimieren. Um die Einsetzbarkeit der MRSI zu verbessern, müssen diese Ansätze richtig kombiniert werden. Ziel dieses Projektes ist es: (i) eine LASER lokalisierte spiral 3D-MRSI Sequenz mit der Akquisition von Navigator Bildern zur Bewegungsüberwachung zu kombinieren; (ii) die Navigator Bilder für Echtzeit Korrektur von B0 Shimming und Lokalisierung zu nutzen; und (iii) die Robustheit dieser Kombinationsmethode in gesunden Probanden und Patienten auf einem standart 3T MR Scanner (und optional auch 7T) zu evaluieren. Eine derart schnelle und robuste Technik für das 3D Mapping von Hirnmetaboliten schafft eine solide Basis für weitere Studien des menschlichen Gehirns und kann leicht auf die Untersuchung anderer Körperregionen erweitert werden (z.B. Brust, Prostata).

Die Magnetresonanzspektroskopie Bildgebung (MRSI) liefert wertvolle Informationen (d.h., Konzentrationsbestimmung mehrerer wichtiger chemischer Substanzen mit niedriger Konzentration) sowohl in gesundem als auch kranken Hirngewebe, welche nicht mittels Standardbildgebungsverfahren gewonnen werden können, und daher sonst invasive Biopsien erfordern würden. Leider haben die üblicherweise verwendeten MRSI Methoden mehrere technische Einschränkungen, wie etwa lange Messzeiten, die Abdeckung eines nur reduzierten Hirnareals, Lokalisierungsartefakte, und Artefakte bedingt durch Bewegung und Instabilitäten des MR Tomographen selbst. Um das volle Potential von MRSI auszuschöpfen, war es das Ziel unseres Projektes die Einsetzbarkeit von MRSI zu verbessern, indem mehrere fortschrittliche Bildgebungsmethoden kombiniert werden. Insbesondere haben wir (i) die Lokalisierungsgenauigkeit durch eine neue Methode genannt LASER verbessert, welche die Menge verschiedener chemischen Substanzen genauer zu bestimmen erlaubt; (ii) die Messzeit von ~15-20 min auf 2-4 min reduziert; (iii) die reduzierte Messzeiterfordernisse in eine größere räumliche Abdeckung des Gehirns innerhalb derselben MR Untersuchung umgewandelt; sowie (iv) Kopfbewegung und Instrumenteninstabilität in Echtzeit überwacht und die Messdaten dementsprechend korrigiert. Um die Vorteile unserer neuen Methode zu untersuchen, wurden MR Daten in gesunden Probanden und Patienten an einem Standard klinischen MR Tomographen gemessen und evaluiert. Unsere neue Methode ist ein robustes Werkzeug für die Neuroforschung und klinische Applikation, wo Veränderungen in der räumlichen Verteilung von chemischen Substanzen, die unter anderem relevant für Stoffwechsel, Nervenzelldichte, Neuro-Botenstoffen sind, bessere Einsichten in Krankheitsprozesse erlauben. Sie kann dadurch eine bedeutende Rolle in der Charakterisierung der wichtigsten Hirnerkrankungen spielen. Weiter Verbesserungen sollten auch eine Anwendung im gesamten Körper erlauben.