Rückenmark

Das momentan in der klinischen Routine etablierte Ausleseschema ist die sogenannte „Single Shot Echoplanar Imaging“ Technik. Diese Technik ist schnell (der komplette k-Raum wird in weniger als 100 ms ausgelesen) und deswegen unanfällig gegenüber Bewegungen. Bei der Darstellung extrakranieller Nervenbahnen, z.B. dem Rückenmark leidet sie jedoch unter den starken Suszeptibilitätssprüngen zwischen den Geweben.

Ein Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung, Optimierung und der Test geeigneter Sequenzen für extrakranielle DTI. Es bieten sich verschiedene, auch kombinierbare Techniken an. Sowohl mit „parallel imaging“ als auch mit „inner volume“ Techniken kann der Auslesezug verkürzt und somit die Anfälligkeit gegenüber Suszeptibilitätssprüngen verringert werden. Auch andere Auslesetechniken, wie z.B. die sogenannte „HASTE“-Auslese bieten neue Ansätze für verbesserte Sequenzen. Da durch die Diffusionswichtung das MR-Signal abnimmt und kleine Strukturen bedingt durch kleine Voxelgrößen ein schlechtes Signal zu Rauschen (SNR) aufweisen, müssen die Techniken auch hinsichtlich des SNR optimiert werden.

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Normierte Anisotropie des Diffusionstensors einer transversalen DTI - Aufnahme des Rückenmarks. Die Anisotropie ist in der weißen Substanz (Nervenbahnen) größer als in der grauen Substanz (Zellkörper). Die typische schmetterlingsförmig Verteilung der grauen Substanz ist gut erkennbar.

Validierung mit Diffusionsphantomen

Das SNR von diffusiongewichteten in vivo Bildern ist typischerweise so klein, dass Bildmittelungen erforderlich sind, um eine stabile Berechnung des Diffusionstensors zu ermöglichen. Diesbezüglich sind Monte-Carlo Simulationen für ein Verständnis des Rauschens auf DTI sinnvoll, sie können jedoch nicht die volle Breite der möglichen Störquellen einer echten Messung widerspiegeln. Auch sind Sequenzvalidierung und Vergleiche zwischen verschiedenen Scannern nicht möglich. Echte in vivo Messungen sind hingegen komplex und das System ist schlecht definiert bzw. nicht vollständig bekannt.
Deswegen sind künstliche DTI-Messphantome, die die Eigenschaften neuronalen Gewebes widerspiegeln von großem Wert. Bisher vorgeschlagene künstliche Phantome zeigten Diffusionsanisotropie, hatten aber mehrere Einschränkungen. Die Diffusionseigenschaften vieler Phantome waren außerhalb der Werte neuronalen in vivo Gewebes. Andere waren schwierig herzustellen und/oder zerbrechlich. Alle waren von Hand hergestellt, und deswegen nur schwer zu reproduzieren.
Im Rahmen dieses Projektes werden DTI-Phantome hergestellt, die robuste Diffusions- und MR-Eigenschaften zeigen, welche denen der weissen Hirnsubstanz entsprechen. Mit ihrer Hilfe werden Daten aufgenommen um den Einfluss des Rauschens auf die Messung des Diffusionstensors zu untersuchen.

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Schlauchphantom im gelben Schrumpfschlauch. Zwischen den Polyamidfäden befindet sich Wasser, welches das Messsignal ergibt. Die Diffusion senkrecht zu den Fäden ist eingeschränkt, so dass die Diffusion anisotrop ist.
Rechts: Gemessene Farbkarte des Schlauchphantoms. Die Richtung des Haupteigenvektors des Diffusionstensors ist farbkodiert und wird korrekt
gemessen.

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