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Ultrahochfeld-MRT

Arbeitsgruppe 8.14

Blutflussquantifizierung und 4D-Fluss-Bildgebungstechniken

 

Die Magnetresonanztomographie ist eine sehr vielseitige Bildgebungsmodalität. Neben gewebetypischen Eigenschaften wie der T1- und T2-Relaxation, der Diffusion, der Perfusion oder diversen weiteren Parametern lässt sich mit Hilfe der MRT der Blutfluss quantifizieren.

Im Detail lässt sich innerhalb eines dreidimensionalen (3D) Volumens oder einer zweidimensionalen (2D) Schicht der Blutflussvektor in vivo örtlich und zeitlich aufgelöst bestimmen. Konkret bedeutet das, dass beispielsweise innerhalb eines Blutgefäßes die Richtung und die Stärke der Geschwindigkeit an einem beliebigen Ort gemessen werden kann. Darüber hinaus erlaubt die zeitliche Auflösung der Messung, die Geschwindigkeit über den Herzzyklus zu beobachten und zu analysieren. Diese leistungsfähige Technik, welche oft auch „4D-Fluss-Bildgebung“ genannt wird, kann dann dazu verwendet werden, um abgeleitete Größen wie beispielsweise die tangentialen Scherkräfte auf die Gefäßwand (wall-shear stress, WSS), den Druckgradienten über den Verlauf eines Gefäßes oder auch die Insuffizienz von Herzklappen zu bestimmen.

Obwohl diese Technik sehr mächtig ist, wird sie in der klinischen Routine bisher nur begrenzt eingesetzt. Dieser Umstand hat diverse Ursachen. Zwei davon sind die begrenzte räumliche und zeitliche Auflösung von etwa 1mm – 3mm und etwa 40ms – 80ms je nach Anwendung und die relativ lange Aufnahmedauer von oft mehr als 10 Minuten.

Die Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit der Lösung dieser Probleme und verwendet hierzu vorwiegend einen 7 Tesla Prototyp-MR-Tomographen, welcher an der Berlin Ultrahigh Field Facility (B.U.F.F.) installiert ist.  Die Vorteile der höheren magnetischen Feldstärke von 7 Tesla im Vergleich zu klinischen Geräten, die vorwiegend bei 1.5 Tesla oder 3 Tesla arbeiten, sind das höhere Signal-Rausch-Verhältnis (SNR), höhere mögliche Bildbeschleunigungen und in der Regel ein verbessertes Kontrastverhalten. Für die 4D Flussbildgebung bietet das SNR daher die Möglichkeit, höhere Auflösungen zu erzielen und gleichzeitig die Aufnahmedauer zu begrenzen. Letzteres wird durch innovative Aufnahmetechniken unterstützt.

Trotz der Vorteile der höheren Feldstärke bringt die UHF MRT auch diverse Probleme mit sich, die sich auch auf die 4D-Fluss-Bildgebung auswirken. Hierzu zählen die räumlich inhomogenen RF-Anregungsfelder, höhere örtliche Abweichungen von der Grundfeldstärke (∆B0), aber auch diverse praktische Limitationen, die die Anwendung in vivo erschweren. Die Arbeitsgruppe befasst sich mit der Lösung dieser Probleme, u.a. mit der Entwicklung neuer Anregungstechniken für die Flussbildgebung und innovativer Aufnahmetechniken für die 4D Flussbildgebung. Die Entwicklungen der Gruppe werden anschließend u.a. in Zusammenarbeit mit der Charite in vivo angewendet.

 

Methoden und Ziele

  • 4D-Fluss-Bildgebung in vivo
  • RF-Pulsdesign für die Fluss-Bildgebung bei Ultrahochfeld
  • Beschleunigte Aufnahmetechniken
  • Neue Bildrekonstruktionsverfahren
  • Quantifizierung und Verifikation der Techniken in Phantomen
  • In vivo Anwendung bei 7 Tesla

 

Abbildung 1: Geschwindigkeit des Blutes in der menschlichen Aorta bei drei verschiedenen Probanden dargestellt durch Streamlines. Aufnahme erfolgte mittels 4D Flussbildgebung bei 7 Tesla (CMRR, University of Minnesota, USA).

 

Abbildung 2: Mittlerer Blutfluss als Funktion des Herzzyklus in der aufsteigenden Aorta der drei Probanden, die in Abbildung 1 gezeigt sind.

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