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Quantitative Magnetresonanztomografie

Schnelles und genaues Verfahren für verbesserte Diagnose von Herzerkrankungen

PTBnews 1.2019
07.02.2019
Besonders interessant für

medizinische Forschung

Hersteller von medizinischen Bildgebungsverfahren

Kardiologie

Magnetresonanztomografie (MRT) ist ein wichtiges Bildgebungsverfahren in der Kardiologie. Bisher ist MRT auf qualitative Bilder beschränkt, da die Messzeit aufgrund von Herzbewegung und Atmung limitiert ist. An der PTB wurde ein neues Bildrekonstruktionsverfahren entwickelt, das biophysikalische Parameter des Herzmuskels mit einer hohen räumlichen Auflösung quantifiziert und eine objektive Diagnostik erlaubt.

a: T1-Karte des Herzens eines gesunden Probanden. b: Evaluierung der Genauigkeit der T1-Werte in einem Phantom für verschiedene Herzschlagfrequenzen (bpm). Die Genauigkeit der T1 Werte (rot) ist unabhängig vom Herzschlag, wohingegen MOLLI, die am weitesten verbreitete Methode zur T1-Bildgebung, T1-Werte für hohe Herzraten unterschätzt (blau).

In der herkömmlichen Diagnostik werden aufgenommene Bilder visuell und damit abhängig vom ärztlichen Betrachter und externen Einflussgrößen wie z. B. dem Gerätehersteller und dem Standort befundet. Die quantitative Bildgebung ist ein neues Gebiet in der biomedizinischen Forschung und klinischen Diagnostik. Hierbei werden biophysikalische Parameter des Gewebes erfasst. Dies führt zu objektiverer Diagnostik und Vergleichbarkeit zwischen Bildern. Die Entwicklung dieser Parameter erlaubt eine Beurteilung des Therapieverlaufs.

In der MRT dient die gewebespezifische Relaxationszeit T1 als quantitativer Marker. T1 beschreibt dabei das zeitliche Verhalten der Kernspins nach der Anregung mit einem magnetischen Wechselfeld. Die kardiale T1-Bildgebung hat ein großes Potenzial für die klinische Anwendung, da Pathologien des Herzmuskels strahlungsfrei und ohne Kontrastmittel diagnostiziert werden können. Eine große Herausforderung ist jedoch die Bewegung des Herzens aufgrund der Atmung und des Herzschlags, was die Messzeit und damit die räumliche Auflösung der Bilder limitiert. Darüber hinaus können systematische Messfehler aufgrund von vereinfachten Signalmodellen entstehen.

An der PTB wurde ein Messverfahren entwickelt, das innerhalb von 16 Sekunden räumlich hochaufgelöste T1-Karten des Herzens liefert. Hierfür wurde ein iteratives modellbasiertes Rekonstruktionsverfahren entwickelt, mit dessen Hilfe T1-Werte von sehr wenigen Messwerten bestimmt werden können. Damit konnte die räumliche Auflösung der T1-Karten ohne Veränderung der Messzeit von (1,4 × 2,1) mm2 auf (1,3 × 1,3) mm2 erhöht werden. Außerdem liefert die Messung Informationen über die Kontraktion des Herzmuskels während eines Herzzyklus. Damit steht ein weiterer wichtiger klinischer Parameter zur Funktion des Herzens ohne zusätzliche Messung zur Verfügung. Dies führt zu einer effizienteren Patientenuntersuchung. Das Verfahren wurde in einem T1-Phantom und in gesunden Probanden evaluiert. Im Gegensatz zu bereits bestehenden Methoden ist die Genauigkeit der T1-Werte unabhängig von der Herzschlagfrequenz und stimmt mit einer Differenz von -0,3 % ± 2,5 % sehr gut mit dem Ergebnis einer vierstündigen Referenzmessung überein. Im Rahmen einer Kooperation mit der Charité wird das Verfahren aktuell an Patienten getestet.

Das Messverfahren bietet die Grundlage für quantitative kardiale MRT für Klinik und Forschung, wodurch die Diagnostik verbessert und Messungen an verschiedenen Kliniken besser verglichen werden können.

Ansprechpartner

Kirsten Becker
Fachbereich 8.1
Biomedizinische Magnetresonanz
Telefon: (030) 3481-7463
Opens window for sending emailkirsten.becker(at)ptb.de

Wissenschaftliche Veröffentlichung

K. M. Becker, J. Schulz‐Menger, T. Schaeffter, C. Kolbitsch: Simultaneous high‐resolution cardiac T1 mapping and cine imaging using model‐based iterative image reconstruction. Magn. Reson. Med. 81, 1080–1091 (2019)