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Evaluation of brain diseases by quantitative magnetic resonance metabolic, perfusion and diffusion imaging

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Hirnforschung mit Hilfe der Kernspintomographie

Die Kernspintomographie hat sich in der Gehirnpathologie seit ihrer ersten Anwendung bei lebenden Patienten in den späten siebziger Jahren bestens bewährt. Die dabei erzeugten Bilder haben eine exzellente Qualität, die ein besseres Verständnis für die Physiologie und den Stoffwechsel des Gehirns ermöglichen. Das wiederum verbessert die Diagnosemöglichkeiten und führt zu neuen Therapien für Gehirnerkrankungen. Diese Fortschritte werden letztlich und unausweichlich eine Vielzahl wirtschaftlicher und sozialer Vorteile bringen.

Gesundheit

An diesem Gemeinschaftsprojekt waren zehn europäische Forschungszentren für Kernspin-Technologie (Magnetic Resonance, MR) beteiligt. Ziel war es, unter Anwendung von drei verschiedenen MR-Techniken Standard-Qualitätssicherungs- und klinische Protokolle zu entwickeln und die neuen Techniken für die Behandlung sowohl erkrankter als auch gesunder menschlicher Gehirne zu nutzen. Dabei geht es zentral um die Identifizierung pathophysiologischer Faktoren, die für die Diagnose und die Überwachung der Behandlung von Bedeutung sind. Die Kernspintomographie (Magnetic resonance spectroscopic imaging, MRSI) sowie die bildgebenden Wasserdiffusions- und Perfusions-Verfahren waren die drei Techniken, die im Projekt zur Anwendung kamen. Mit der spektroskopischen Bildgebung wurde eine metabolische Einschicht-Bilderzeugungs-Impulssequenz entwickelt, um Metabolit-Konzentrationen quantitativ zu bestimmen. Die am Projekt beteiligten Zentren mussten die Impulsfolge in ihren jeweiligen MR-Scannern implementieren, was zur Auswahl einer Mehrechosequenz mit einem einzelnen räumlichen Phasen-Codierschritt pro Zyklus führte. An Ratten wurden In-vivo-Studien durchgeführt. Um einen Standard zu definieren, wurden die Messungen des entwickelten MRSI-Protokolls mit T1- und T2-Messungen von Wasser und Metaboliten sowie mit berechneten Metabolit-Konzentrationen verglichen. Die Messungen wurden in vier verschiedenen Zentren an jeweils sechs normalen Probanden durchgeführt. Wie die Untersuchung zeigte, sind die Ergebnisse des MRSI-Verfahrens für Vergleichs- und Interpretationszwecke geeignet. Zur Diffusions-Bilderzeugung wurde eine Mehrschicht-Echo-Planar-Spektroskopiesequenz verwendet. Anisotropie-Effekte werden ausgeschaltet, wenn die Werte des Anisotropietensors in drei orthogonalen Abständen, d.h. seine Spur, ermittelt werden, während in jeder dieser Richtungen zwei Magnetfelderwerte angelegt werden. Die Validierungsstudien auf diesem Gebiet dauern noch an. Bei der invasiven Perfusions-Bilderzeugung wurde die Untersuchung der zerebralen Perfusion und des Blutvolumens durch die Gabe des Kontrastmittels Gd-DTPA während der schnellen Bilderzeugung vereinfacht. Das Kontrastmittel, ein paramagnetisches und in einem Riesenmolekül (DTPA) gebundenes (Gd-) Ion, das eine Verstärkung der lokalen Magnetfelder bewirkt, wurde als große Pille verabreicht, deren Weg über sechs anatomische Schichtführungen pro Sekunde verfolgt wurde. Das eigentliche Projektziel besteht nicht nur darin, durch ein besseres Verständnis des menschlichen Gehirns, seiner Physiologie und seines Stoffwechsels die wirtschaftlichen Belastungen zu verringern, die Gehirnerkrankungen für die Gesundheitsfürsorgesysteme darstellen, sondern vor allem in der Entschärfung der emotionalen Belastungen für die Patienten und ihre Angehörigen.

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