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Physikalisch-Technische Bundesanstalt

Fachabteilungen > Abt. 8 Medizinphysik und metrologische Informationstechnik > 8.1 Medizinische Messtechnik > 8.13 In-vivo-MRT > In-vivo-MR-Spektroskopie
In-vivo-MRT
Arbeitsgruppe 8.13

In-vivo-MR-Spektroskopie

Die 1H-MR-Spektroskopie in vivo zielt auf die quantitative, nichtinvasive Konzentrationsbestimmung von Metaboliten im Gehirn. Dafür werden am 3-Tesla-Tomographen Messverfahren entwickelt, die es erlauben, MR-Spektren mit hoher spektraler Auflösung, genauer Ortsselektion und hohem Signal-zu-Rausch-Verhältnis in möglichst kurzer Untersuchungszeit zu gewinnen. Neben der Optimierung konventioneller Verfahren werden neue Methoden entwickelt, die bisher nicht zugängliche Analyte messbar machen.

3-T-PRESS-Spektren bei 30 ms und 80 ms Echozeit Glutamatbestimmung: 3-T-Multiquantenfilterspektren von Metabolitphantomen und grauer Substanz

Gemeinsam mit der AG Messdatenanalyse und Messunsicherheit (8.42) wird an neuen Verfahren zur Spektrenauswertung gearbeitet, die eine Quantifizierung der Metabolitkonzentrationen in mmol pro Liter oder kg Gewebe mit geringer Messunsicherheit ermöglichen.

Arbeitsgebiete

  • Entwicklung und Optimierung von Pulssequenzen für die MR-Spektroskopie; spezielle Sequenzen zum Nachweis gekoppelter Resonanzen

  • Anwendung von Phased-Array-Oberflächenspulen zur Erhöhung der Empfindlichkeit und Verbesserung der Lokalisation; neue Spulen für X-Kerne, z. B. 31P und 7Li

  • verbesserte Verfahren zur Spektrenauswertung mit komplexer Untergrundbehandlung und Messunsicherheitsbudget; Quantifizierung von Metabolitkonzentrationen

  • Erprobung, Validierung und Applikation neuer Messverfahren im Rahmen von Studien an Probanden und Patienten mit klinischen Partnern

  • MRS am 7-T-Humanscanner des B.U.F.F. in Berlin-Buch

Beispiele

  • Klinische Studie: MR-Spektroskopie bei Multipler Sklerose (MS), Kooperation mit dem  Jüdischen Krankenhaus Berlin


    MR-Spektren aus Läsion und normal erscheinender weißer Gehirnsubstanz (NAWM) bei einem Patienten mit MS
  • Zeit-Frequenz-Verfahren MRFit zur Auswertung von MR-Spektren mit komplexer Untergrundbehandlung und Einbeziehung von Modellspektren aus gehirnähnlichen Metabolitphantomen; neues Konzept der Bewertung der Messunsicherheit unter Einbeziehung der Unsicherheit des Untergrund-Fits (8.42)
     


    Relative Unsicherheiten (Mittelwerte von 10 in-vivo-Spektren) der Spektrenauswertung mit MRFit mit und ohne Berücksichtigung der Unsicherheit des Untergrund-Fits. Herkömmliche Methoden (Cramér-Rao lower bounds) unterschätzen die Messunsicherheit.
  • Optimierung der Point Resolved Spectroscopy zur Detektion des Neurotransmitters L-Glutamat; Implementierung einer Doppelquantenfilter-Sequenz zur Glutamatbestimmung; Bestimmung der Glutamatkonzentration in kortikalen Gehirnregionen (Gyrus cinguli, Hippokampus, präfrontaler Kortex) gesunder Probanden zum Aufbau einer Datenbasis für die Untersuchung psychiatrischer Erkrankungen (Kooperationspartner: Charité Universitätsmedizin Berlin)
     

    Altersabhängigkeit der Glutamatkonzentration in ausgewählten Gehirnregionen     (N = 39)

Ausgewählte Literatur

F. Schubert, F. Seifert, C. Elster, A. Link, M. Walzel, S. Mientus, J. Haas, H. Rinneberg
Serial 1H-MRS in relapsing-remitting multiple sclerosis: effects of interferon-beta therapy on absolute metabolite concentrations
Magn. Reson. Mat. Phys. Biol. Med. 14, 213-22 (2002).

C. Elster, A. Link, F. Schubert, F. Seifert, M. Walzel, H. Rinneberg
Quantitative MRS: Comparison of time domain and time domain frequency domain methods using a novel test procedure
Magn. Reson. Imaging 18, 597-606 (2000).

F. Schubert, J. Gallinat, F. Seifert,  H. Rinneberg
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Neuroimage 21, 1762-71 (2004).

C. Elster, F. Schubert, A. Link, M. Walzel,  F. Seifert,  H. Rinneberg
Quantitative MRS: Semi-parametric modelling and determination of uncertainties
Magn. Reson. Med. 53, 1288-96 (2005).

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J. Gallinat, F. Schubert
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Glutamate as a spectroscopic marker of hippocampal structural plasticity is elevated in long-term euthymic bipolar patients on chronic lithium therapy and correlates inversely with diurnal cortisol
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S. Kühn, A. Romanowski, F. Schubert, J. Gallinat
Reduction of cerebellar grey matter in Crus I and II in schizophrenia
Brain Struct Funct. 2011 Dec 1. [Epub ahead of print].

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