Entwicklung eines mehrdimensionalen Empfangssystems für hochauflösende Echtzeit 3D Perfusionsstudien im Kleintiermodell

Das MPI hat gegenüber den etablierten Verfahren eine Vielzahl von Vorteilen bei der Perfusionsbildgebung: Die verwendeten Eisenoxid-basierten Tracer werden im retikuloendothelialen System (RES) des Körpers, allen voran in der Leber, abgebaut und dem Eisenstoffwechsel zugeführt. MPI ermöglicht damit prinzipiell die Untersuchung bei Patienten mit Niereninsuffizienz, Schilddrüsenüberfunktion oder entsprechenden Allergien, bei denen die Verwendung jodhaltiger Kontrastmittel nur unter Inkaufnahme erheblicher Risiken möglich ist. Auch Gadolinium-haltige Kontrastmittel müssen nach neuesten Erkenntnissen zu Ablagerungen in den Basalganglien des Gehirns zunehmend infrage gestellt werden. Neben der räumlichen Abbildung größerer Gefäße und direkter Quantifizierung von Gefäßstenosen können aus den Bildern auch physiologische Parameter wie Viskosität, Temperatur, Blutvolumen und Flussgeschwindigkeit abgeleitet werden. Nach Verteilung der Partikel und Erreichen eines Gleichgewichtszustands unter Verwendung langzirkulierender Tracer könnte der gesamte Gefäßbaum und die Gewebedurchblutung visualisiert und quantifiziert werden. Auch in roten Blutkörperchen eingekapselte Tracer erlauben die Bildgebung über wochenlange Zirkulation im Körper. Da MPI keinen Zusammenhang zwischen Auflösung und Eindringtiefe zeigt, wird auch die Bildgebung tieferer sitzender Organe möglich als es z.B. die Sonographie erlaubt. Durch die komplexe Abhängigkeit von Selektionsfeldstärke, Messfeldvolumen und Auflösung lassen sich bisher jedoch nur kleine Volumen in ausreichender Qualität abbilden.

Das MPI hat gegenüber den etablierten Verfahren eine Vielzahl von Vorteilen bei der Perfusionsbildgebung: Die verwendeten Eisenoxid-basierten Tracer werden im retikuloendothelialen System (RES) des Körpers, allen voran in der Leber, abgebaut und dem Eisenstoffwechsel zugeführt. MPI ermöglicht damit prinzipiell die Untersuchung bei Patienten mit Niereninsuffizienz, Schilddrüsenüberfunktion oder entsprechenden Allergien, bei denen die Verwendung jodhaltiger Kontrastmittel nur unter Inkaufnahme erheblicher Risiken möglich ist. Auch Gadolinium-haltige Kontrastmittel müssen nach neuesten Erkenntnissen zu Ablagerungen in den Basalganglien des Gehirns zunehmend infrage gestellt werden. Neben der räumlichen Abbildung größerer Gefäße und direkter Quantifizierung von Gefäßstenosen können aus den Bildern auch physiologische Parameter wie Viskosität, Temperatur, Blutvolumen und Flussgeschwindigkeit abgeleitet werden. Nach Verteilung der Partikel und Erreichen eines Gleichgewichtszustands unter Verwendung langzirkulierender Tracer könnte der gesamte Gefäßbaum und die Gewebedurchblutung visualisiert und quantifiziert werden. Auch in roten Blutkörperchen eingekapselte Tracer erlauben die Bildgebung über wochenlange Zirkulation im Körper. Da MPI keinen Zusammenhang zwischen Auflösung und Eindringtiefe zeigt, wird auch die Bildgebung tieferer sitzender Organe möglich als es z.B. die Sonographie erlaubt. Durch die komplexe Abhängigkeit von Selektionsfeldstärke, Messfeldvolumen und Auflösung lassen sich bisher jedoch nur kleine Volumen in ausreichender Qualität abbilden.

Ziel dieses Projektes ist das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) des Messsignals durch ein optimiertes, multidimensionales Empfangssystem so zu verbessern, dass die Auflösung trotz vergrößertem Messfeld durch reduzierten Gradienten erhalten bleibt. Erst damit werden hochauflösende Perfusionsstudien der Nieren bei gleichzeitiger Erfassung der zuführenden großen Gefäße ermöglicht.

Zusätzlich wird eine Analyse des Blutflusses ermöglicht (z.B. Flussgeschwindigkeit und Turbulenzen). Gleichzeitig kann der resultierende Perfusionsabfall der betroffenen Niere im Vergleich zur Gegenseite abgebildet und quantifiziert werden. Die Ergebnisse werden mit etablierten Methoden korreliert.

Mit der bereits vorhandenen Empfangskette und 3D gedruckten Phantomen werden Voruntersuchungen zur Versuchsplanung durchgeführt. Auch werden in den Versuchen die Zielparameter für die Hardwareentwicklung (benötigte Empfangsbandbreite, Sensitivität, maximale Kontrastmittelgabe etc.) entwickelt.

Sodann wird durch eine Erweiterung des derzeit vorliegenden 1D Systems durch zwei Sattelspulen eine 3D Signalakquisition ermöglicht.

Parallel wird ein adaptiver, rauscharmer Verstärker, der die Signale in Abhängigkeit der empfangenen Intensität unterschiedlich verstärkt, entwickelt und gebaut. Dieser kann die unbekannte Verteilung des Tracers im biologischen System und die daher nicht voraussehbare Empfangssignalstärke und Signalverteilung kompensieren.