Magnetic Resonance Elastography of the Human Brain

Die Magnetresonanz-Tomographie (MRT) ist eines der wichtigsten Bildgebungsverfahren in den Neurowissenschaften. Für eine erfolgreiche Diagnose und Verlaufsüberwachung einer neurologischen Erkrankung ist ein Routine-MRT des Gehirns häufig wesentlich unterstützend. Trotzdem können verschiedene neurologische Krankheitsbild-Merkmale in Routine-MRT-Kontrasten ununterscheidbar sein, was Ansporn zur Forschung und Entwicklung von modernen MRT-Techniken liefert. Zahlreiche neurologische Erkrankungen verursachen Veränderungen in der zerebralen Mikrostruktur und damit einhergehende Änderungen der mechanischen Gewebeeigenschaften. Motiviert durch die manuelle Palpation, bei der Unregelmäßigkeiten in der mechanischen Steifigkeit eines Gewebes per Hand beurteilt werden, ermöglicht es die Magnet-Resonanz-Elastographie (MRE), die mechanischen Eigenschafen des Gewebes zu visualisieren und zu quantifizieren. Speziell in den Neurowissenschaften bietet der neuartige Bildkontrast der MRE innovative Möglichkeiten, das Hirngewebe zu charakterisieren und Veränderungen des Gewebes zu detektieren. Sogar in eingekapselten und tiefer liegenden Geweben wie dem Gehirn, welches normalerweise für ein manuelles Abtasten in vivo nicht zugänglich ist. Aus technischer Sicht untersucht die MRE die Ausbreitung induzierter mechanischer Wellenbewegungen innerhalb des Gewebes zu mehreren Zeitpunkten. Die aufgenommene Bildserie wird dazu verwendet, die zugrundeliegenden mechanischen Eigenschaften, wie den Gewebe-Schubmodul beziehungsweise die Steifigkeit, zu bewerten. In dieser Doktorarbeit wurde eine neuartige MRE-Bildaufnahme-Sequenz-Methode zur Untersuchung des menschlichen Gehirns entwickelt. Dieses Aufnahmeschema erlaubt es, die Wellenausbreitung zu mehreren diskreten Zeitpunkten während eines einzigen Durchlaufs abzutasten. Die Vorteile der präsentierten Methode sind kurze Untersuchungszeiten gekoppelt mit reduzierten Bildartefakten und die Anwendung von niedrigen Frequenzen für die mechanische Wellenbewegungsanregung. Dies ist besonders in der Hirn-MRE erstrebenswert, um tiefer liegende Gehirnareale untersuchen zu können, da sich niederfrequente Wellen tiefer in das Gewebe ausbreiten. In einer zweiten Herangehensweise wurde die Methode weiterentwickelt um zusätzlich auch die drei-dimensionalen Bewegungskomponenten auf einmal aufzunehmen. Um die vorgestellten Methoden zu bestätigen wurden Phantom-Experimente durchgeführt. Weiters wurde die Methode im menschlichen Gehirn gesunder Probanden validiert und regionale Werte der Schubmodule in verschiedenen Gehirn-Arealen bei einer Anregungsfrequenz von 20 Hz bestimmt. Aufgrund der reduzierten Aufnahmezeit kann die vorgestellte MRE-Sequenz in ein klinisches MRT-Protokoll integriert werden und ist derzeit Teil einer laufenden Gehirn-MRE-Studie an Patienten mit Multipler Sklerose.
Schlagwörter Magnetresonanz-Elastographie; Gehirn; niederfrequente Wellen; DENSE-MRE; Wellen-Abtastung