Evaluation der 3D Arterial Spin Labeling Technik zur Perfusionsmessung der menschlichen Niere an Probanden und Patienten mittels einer Turbo Gradient Spin Echo Sequenz

Abstract

Arterial Spin Labeling ist eine Methode zur funktionellen Diagnostik am MRT mit Fokus auf die Organperfusion, welche u. a. in engem Zusammenhang mit der Entwicklung von chronischen Nierenerkrankungen sowie zahlreichen weiteren Nierenpathologien steht. Dabei ermöglicht diese Technik eine qualitative als auch quantitative Perfusionsbildgebung ohne Anwendung von Kontrastmittel, Strahlung oder invasiver Techniken. Die Nieren stellen hierbei die Perfusionsbildgebung aufgrund ihrer Physiologie und Anatomie vor besondere Herausforderungen, welche u. a. die Bewältigung der atembedingten Bewegungsartefakte sowie das niedrige Signal-zu-Rauschen-Verhältnis einschließen. Um diese funktionelle Bildgebungstechnik in der Zukunft auch für die Routinediagnostik der Nierenfunktion bereitstellen zu können, bedarf es weiterer Optimierungen sowohl in der Bildgebung als auch in der Praxis. Unter der Fragestellung, wie eine Optimierung der praktischen Anwendung und der Parametereinstellungen erzielt werden kann, haben wir eine Prototyp 3D ASL-Sequenz mit FAIR-Präparation und einer 3D Turbo-Gradient-Spin-Echo (TGSE)-Akquisition getestet. Dabei untersuchten wir sequenzspezifische Parameter und Methoden zur Artefakt¬unterdrückung an einem 3 Tesla MRT bei insgesamt 12 Probanden und 4 Patienten, um für die ausgewählten Parameter optimale Einstellungen für maximale Perfusionssignalerträge zu evaluieren und Aussagen zu der Durchführ¬barkeit und dem Einfluss bestimmter Hilfsmittel geben zu können. Dies beinhaltete mehrere Punkte, darunter die Frage nach dem geeigneten Atemmanöver (Atemanhalten/freie Atmung), dem Einfluss der Background Suppression (BS), der Matrixgröße und der Anzahl der Mittelungen sowie die Suche nach optimalen Einstellungen der Boluslänge, der Inversionszeit und des Delay after BS. Die Messungen unter verschiedenen Atemmanövern zeigten eine vergleichbare Gesamt¬perfusion unter Atemanhalten und freier Atmung, wobei die Varianzen unter freier Atmung deutlich größer waren. Messungen zur Untersuchung des Einflusses von BS auf das Perfusionssignal wiesen signifikante Signalverluste unter Anwendung der BS auf. Auch die Veränderung der Matrix¬größe führte bei Einstellungen mit höheren Auflösungen zu erheblichen Signal¬einbußen. Messungen mit einer unterschiedlichen Anzahl von Mittelungen zeigten keine signifikanten Unterschiede in der Gesamtperfusion, jedoch eine deutliche Reduktion der Streuungsbreite bei einer Vervielfachung der Mittelungen. Für Messungen mit systematischer Variation der Boluslänge, Inversionszeit und Delay after BS konnten optimierte Parametereinstellungen gefunden werden mit BL = 800 ms, TI = 1200 ms und Del. after BS = 80 ms. Messungen an Patienten dienten der Untersuchung der Durchführbarkeit der Atemmanöver und zeigten ausgeprägte Bewegungsartefakte bei Messungen unter Atem¬anhalten. Zusammenfassend konnten in dieser Arbeit wesentliche Erkenntnisse zu der Durchführung und Anwendung der ASL-Technik an den Nieren gesammelt und Empfehlungen für zukünftige Studien gegeben werden. Dabei ist deutlich geworden, dass weiterhin Kompromisse zwischen einem akzeptablen Perfusions¬signal, höherer Bildauflösung und der Untersuchungszeit notwendig sind. Auch die Auswahl von Hilfstechniken wie BS oder dem geeigneten Atem-manöver zur Minimierung der Bewegungsartefakte sollten stets sequenz-spezifisch angepasst und nach dem individuellen Schwerpunkt sowie patienten-gerecht erfolgen. Die Arbeit hat jedoch auch gezeigt, dass durch Anwendung geeigneter Parametereinstellung eine zusätzliche Optimierung der ASL-Bildgebung erreicht werden kann. Mit einer optimalen Kombination aus Labeling-, Auslese- und Datenverarbeitungs¬methoden gilt es nun auch in klinischen Studien an Patienten in Korrelation zu etablierteren Untersuchungsmethoden die Validität und Zuverlässigkeit der ASL-Bildgebung weiter unter Beweis zu stellen, um somit in der Zukunft durch diese funktionelle Bildgebungstechnik in der MRT zu einer weiteren Verbesserung der Prävention und Diagnostik von Nierenerkrankungen beitragen zu können.