Quantifizierung transversaler Relaxationsparameter kortikaler und subkortikaler Strukturen in vivo bei 7T

Eine genaue und robuste Quantifizierung der Relaxationsparameter T1, T2 und T2* ist entscheidend für die Untersuchung der mikrostrukturellen Zusammensetzung des menschlichen Gehirns in vivo. Mit den Entwicklungen in der Ultrahochfeld-MRT (UHF) ist es möglich geworden, diese MR-Parameter in verschiedenen kortikalen Tiefen zu messen (Trampel et al., 2019, Neuroimage 197, 707 – 715). Zur Unterscheidung der ausgeprägteren Störeinflüsse von gewünschtem Signal, bei der erforderlichen hohen Auflösung, ist die Messung der transversalen Relaxationsparameter bisher entweder mit langen Messzeiten verbunden oder ausgefeilte Analysemethoden werden notwendig. Daher wird eine Optimierung und Analyse üblicher auf Spin-Echo basierender Messverfahren zur Verringerung des Fehlers und zur genauen Quantifizierung der transversalen Zerfallscharakteristiken durchgeführt.

In einer Pilotstudie haben wir eine Reihe von Ansätzen zur Quantifizierung von T2 hinsichtlich ihrer Genauigkeit, Präzision, Robustheit und erforderlichen Messzeit verglichen. Alle Experimente wurden mit einem 7T-MRT-Scanner durchgeführt. Neben einer Standard-Spin-Echo-Technik wurde eine Multi-Echo-CPMG-Sequenz (Carr-Purcell-Meiboom-Gill) zur Bestimmung der intrinsischen transversalen Relaxation T2 angewendet. Für die notwendige Korrektur von Inhomogenitäten des Transmissionsfeldes, welches für das Stimulieren des Spin-Systems genutzt wird (und das daraus resultierende stimulierte Echosignal, das durch nicht ideale Phasenumkehrungen um 180 Grad verursacht wird), basierte die T2-Schätzung auf einer Datenbank simulierter Signalkurven. Zusätzlich wurde eine per Gradienten-Echo abgetastete Spin-Echo-Technik (GESSE) verwendet, um gleichzeitig T2 und die effektive transversale Relaxationszeit T2* zu quantifizieren.

Die CPMG-Methode ergab quantitative T2-Karten, die mit der SE-Technik vergleichbar waren (siehe Abb. 1). Unvollkommene Feldkorrekturen sind noch in temporalen Hirnregionen erkennbar. Dort ist die Aufrechterhaltung der B1-Feldhomogenität bei 7T typischerweise eine Herausforderung. Der GESSE-Ansatz führte ebenfalls zu vergleichbaren Werten (Abb. 1). CPMG- und GESSE-Techniken sind jedoch jeweils etwa fünfmal schneller als die Standard-SE-Methode, wodurch die Messung von T2 im Submillimeterbereich möglich wurde (Abb. 2). Daher sind CPMG und GESSE potenzielle Kandidaten für die Quantifizierung von T2 in verschiedenen kortikalen Tiefen.

Es ist jedoch notwendig den Einfluss der MR-Sequenz auf die Relaxationsprozesse innerhalb des untersuchten Gewebes unter realistischen Bedingungen vollständig zu verstehen. Daher werden derzeit die Simulationsbemühungen zur Erstellung von Datenbanken der Signalkurven erweitert. Eine genauere Beschreibung der zu erwarteten Messpunkte in Abhängigkeit grundlegender Gewebeeigenschaften und detaillierterer Beschreibung des Einflusses von Störungen gibt Aufschluss über die Aussagekraft und Quantifizierbarkeit der transversalen Relaxationsparameter, sowie ermöglicht das Übertragen der Analysemethode auf weitere Anwendungsfälle für verschiedene Sequenzen . Darüber hinaus wird die GESSE-Technik erweiterter Prüfung unterzogen, um die gleichzeitige Messung von T2 und T2 * zu ermöglichen.

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