Suszeptibilitäts- und Phasenkontrastbildgebung

Leitung: Dr. Sina Straub

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Dr. rer. nat. Sina Straub
Medizinische Physik in der Radiologie
Suszeptibilitäts- und Phasenkontrastbildgebung


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Die Gruppe „Suszeptibilitäts- und Phasenkontrastbildgebung“ arbeitet auf dem Gebiet der quantitativen Suszeptibilitätsbildgebung (QSM) einschließlich der Verarbeitung von MR-Phaseninformation und der Erforschung der zugrundeliegenden Mechanismen des Phasenkontrastes.

Quantitative Suszeptibilitätsbildgebung [1,2] kann als eine Erweiterung der suszeptibilitätsgewichteten Bildgebung (SWI) verstanden werden und ist eine eher neue Methode im Bereich der Magnetresonanztomographie (MRT). Beide Techniken, QSM und SWI, verwenden MR-Phaseninformation, wobei für QSM die Datenverarbeitung aufwändiger ist, da es sich um eine quantitative Methode handelt, die das Lösen eines inversen Problems erfordert. Für die Berechung von Suszeptibilitätskarten existieren zahlreiche Verfahren zur Verarbeitung und Inversion der Phasendaten.

QSM ist besonders gut für Anwendungen im Bereich neuro-degenerativer (Morbus Parkinson, Morbus Alzheimer, etc.) und neuroinflammatorischer (Multiple Sklerose) Erkrankungen geeignet, in deren Verlauf Eisenablagerungen eine Rolle spielen  (Abb. 1a) und wichtige Aufschlüsse in pathologische Prozesse geben könnten. Darüber hinaus können Veränderungen in der Blutoxigenierung mit Hilfe von QSM bestimmt werden, was auch bei Verlaufsuntersuchungen von Blutungen von Interesse ist (Abb. 2). Der Suszeptibilitätskontrast kann von der Orientierung der zu bildgebenden Struktur zum Hauptmagnetfeld (B0) und der Mikrostruktur des Gewebes abhängen, was die korrekte Berechnung von Susceptibilitätskarten erschwert, aber auch zusätzliche Informationen zu pathologischen Veränderungen bieten kann.

Für das Gehirn lassen sich bereits  Suszeptibilitätskarten hoher Qualität erzeugen. In anderen Körperregionen wie dem Abdomen wird die Berechnung von Suszeptibilitätskarten jedoch durch das Vorhandensein größeren MengenFett erschwert. Problematisch sind hier ebenfalls Bewegungsartefakte durch Atmung oder Organbewegungen. Wir konnten zeigen, dass mit Hilfe von QSM Kalzifizierungen in der Prostata detektiert werden können (Abb. 3) [3]. Ein aktuelles Forschungsprojekt  ist QSM-Bildgebung in der Leber, da hier QSM als vielversprechender Kontrast für die Bestimmung des Eisengehaltes verwendet werden kann[4].

In allen Bereichen, die für QSM von Wichtigkeit sind, gibt es offene Forschungsfragen, wie zum Beispiel bei der Datenakquisition, -verarbeitung oder der Suche nach vielversprechenden Anwendungsgebieten.

Referenzen

  1. Haacke ME, Liu S, Buch S, et al. Quantitative susceptibility mapping: current status and future directions. MRM 2015, 33:1–25.
  2. Yi W, Liu T. Quantitative Susceptibility Mapping (QSM): Decoding MRI Data for a Tissue Magnetic Biomarker. MRM 2015, 73:82-101.
  3. Straub S, Laun FB, Emmerich J, et al. Potential of quantitative susceptibility mapping for detection of prostatic calcifications. JMRI 2016, 10.1002/jmri.25385
  4. Sharma SD, Fischer R, Schoennagel BP, et al. MRI-Based Quantitative Susceptibility Mapping (QSM) and R2* Mapping of Liver Iron Overload: Comparison With SQUID-Based Biomagnetic Liver Susceptometry. MRM 2016.

Forschungschwerpunkte und -projekte

  • Verarbeitung von Phasendaten für QSM
  • Inverse Probleme
  • Alternative Aufnahmeverfahren (nicht-Fourier, nicht-Kartesisch, …) und Rekonstruktionsverfahren
  • Evaluation: Phantome und Software-Phantome
  • Anwendung von QSM im Gehrin (Metastasen (Abb. 1c, 2)), Eigenschaften der weißen Substanz, Eisenablagerungen im gesunden Gehrin und bei krankhaften Veränderungen (Abb. 1a), Blutungen (Abb. 1b), Arteriovenöse Malformationen (Abb. 4))
  • Anwendung von QSM im Körper (Kalzifizerungen in der Prostata (Abb. 3), Leber)

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