Poren-Bildgebung mittels Diffusions-NMR: Ein neues Bildgebungsverfahren

• Antragsteller: Professor Dr. Frederik B. Laun
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 232771676

In der medizinischen Bildgebung findet die diffusionsgewichtete Magnetresonanztomographie verbreiteten Einsatz, sie ist beispielsweise medizinischer Standard in der Diagnostik des akuten Schlaganfalls. Oft wird diese Technik auch verwendet um zelluläre Strukturen - welche die Diffusionsbewegung einschränken - und deren Orientierung zu detektieren. Beispielsweise kann der Verlauf der Hauptnervenstränge eindrucksvoll aus gemessenen Diffusionsdaten rekonstruiert werden. Anfang der 1990er Jahre konnte Callaghan zeigen, dass Diffusionsmessungen darüber hinaus wesentlich mehr Information über die Zellstruktur liefern können. Insbesondere konnte er zeigen, dass mittels zeitlich kurzer Diffusionsgradienten ein Magnitudenspektrum der Porenfunktion gemessen werden kann. Es kann sozusagen ein Streuexperiment durchgeführt werden, bei dem jedoch - wie beispielsweise in der Röntgenkristallographie - die Phaseninformation verlorengeht. Deswegen kann die Form der Zelle bzw. Pore mit Callaghans q-space Bildgebung nicht eindeutig bestimmt werden.Vor kurzem konnte in einer eigenen, theoretischen Vorarbeit gezeigt werden, wie durch Modifikation des zeitlichen Verlaufs der Diffusionsgradienten die Pore bzw. Zellform eindeutig bestimmt werden kann. Dabei handelt es sich um ein neues bildgebendes Verfahren, denn mit der vorgeschlagenen Technik kann das Phasenspektrum der Pore aufgenommen werden, und eine inverse Fouriertransformation - ähnlich wie in der konventionellen MR-Bildgebung - durchgeführt werden.Ziel dieses Antrags ist die experimentelle Umsetzung dieser theoretischen Erkenntnisse. Dazu wird - Eine theoretische Analyse der Porenbildgebung durchgeführt, damit Phantome, Sequenzparameter etc. passend gewählt werden können. - Die Porenbildgebung mit hyperpolarisiertem Xenon an Plexiglasphantomen als Modell für Lungenalveolen durchgeführt.- Die Porenbildgebung am wassergefüllten Kapillarphantom als Modell für Nervenaxone durchgeführt.Neben der Porenbildgebung bietet die vorgeschlagene Technik einen neuen MR-Kontrast: die diffusionsgewichtete Phase. Deshalb ist des Weiteren geplant, diesen MR-Kontrast theoretisch zu untersuchen und in Experimenten erstmals sichtbar zu machen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen