Hoch-beschleunigte verzerrungsfreie diffusions-gewichtete MR-Bildgebung bei ultra-hohen Feldstärken (7T): Charakterisierung der grauen Substanz

• Antragsteller: Professor Dr. Oliver Speck
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik ; Kognitive und systemische Humanneurowissenschaften
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 215187497

Single-shot echo-planare Bildgebung (echo-planar imaging, EPI) ist eine schnelle Magnetresonanz (MR) Methode, welche Daten mit hoher räumlicher Auflösung liefert. Diese Methode wird in der funktionellen MR Bildgebung (fMRI) und der diffusionsgewichteten MR Bildgebung (diffusion weighted imaging, DWI) sehr erfolgreich zur Messung der Gehirnfunktion und der Hirnmikrostruktur eingesetzt. Ein bei EPI bekanntes Problem sind die durch Suszeptibilität hervorgerufenen geometrischen Verzerrungen, die speziell bei hohen Magnetfeldstärken sehr ausgeprägt sind. Zudem variieren bei DWI die geometrischen Verzerrungen in Abhängigkeit der Orientierung der Gradienten zur Diffusionskodierung, was eine besondere Herausforderung bei der Nachbearbeitung der Daten darstellt.In der ersten Förderperiode (2012-2015) wurde die Online-Verzerrungskorrektur für fMRI erfolgreich implementiert und auch für DWI erweitert. Durch die begrenzte räumliche Auflösung von EPI entstehen starke räumliche Verzerrungen oder Signalauslöschungen im Bereich der dünnen Kortexschicht. Daher wird DWI bislang ausschließlich für die Untersuchung der Struktur und Beschaffenheit von weißer Gehirnsubstanz verwendet. Als Alternative zu Standard EPI entwickelten wir eine neue Technik frei von geometrischen Verzerrungen, welche es ermöglicht, hochauflösende und detailgetreue DWI Aufnahmen des menschlichen Gehirns zu machen. Diese neue Methode erlaubt feine Mikrostrukturen der grauen Gehirnsubstanz zu erfassen, jedoch bei verlängerter Messzeit.Die Weiterführung des Projekts beinhaltet folgende Zielstellungen:i. Vollständige Entwicklung eines Pakets zur Korrektur der von Suszeptibilität und Wirbelströmen hervorgerufenen geometrischen Verzerrungen sowie deren Implementierung für Standard DWI.ii. Weiterführende Untersuchungen unserer neuen Technik für sehr hochaufgelöstes DWI zur Reduktion der Aufnahmezeiten und weiterer Verbesserung Bildqualität durch Unterdrückung von Fluss- und Bewegungsartefakten.iii. Detailierte in-vivo Charakterisierung der Diffusion grauer Gehirnsubstanz durch die Verwendung hochaufgelöster DWI.Diese Ziele ermöglichen erstmals eine ausführliche Charakterisierung der Diffusion der grauen Gehirnsubstanz im gesamten menschlichen Gehirn, welche als Referenz für zukünftige wissenschaftliche und klinische Anwendungen dienen wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr. Myung-Ho In