Separation der 23Na-Kompartimente und semi-quantitative Bestimmung der intrazellulären Natriumkonzentration mittels Ultrahochfeld-Magnetresonanztomographie

• Antragsteller: Professor Dr. Armin Nagel, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 236524675

Ziel dieses Projektes ist die nicht-invasive in vivo Separation verschiedener Natriumkompartimente und die semi-quantitative Bestimmung der intrazellulären Natriumkonzentration. Dazu sollen verschiedene Messtechniken für die Ultrahochfeld-Magnetresonanztomographie (7 Tesla) entwickelt und evaluiert werden.Zuerst erfolgt die Entwicklung einer neuen Messtechnik, die eine SNR- und SAR-effiziente Detektion des bi-exponentiell gewichteten Signals und kürzere Messzeiten ermöglicht. Zur Separation verschiedener Natriumkompartimente ist außerdem eine genaue Kenntnis der Relaxationszeiten notwendig. Daher soll eine Tripel-Quanten-gefilterte (TQF) Single-Voxel-Spektroskopie (SVS)-Sequenz implementiert werden, um lokal (z.B. im Tumorgewebe) zeiteffizient die bi-exponentiellen Relaxationszeiten bestimmen zu können.Um mit ausreichender Genauigkeit reproduzierbar die Signalintensitäten der verschiedenen 23Na-MRT Techniken zu bestimmen sind außerdem verschiedene Korrekturverfahren notwendig. Neben der Korrektur von Inhomogenitäten des Grundmagnetfeldes (B0) und des Empfindlichkeitsprofils der Hochfrequenzspulen (B1), sollen hochaufgelöste Informationen aus 1H-MRT Techniken zur Verbesserung der Quantifizierung des 23Na-MRT Signals verwendet werden. Da Natrium im Körper gelöst als Ion vorliegt, soll eine Normierung der Natriumkonzentration auf den lokalen Wassergehalt erfolgen. Dazu ist eine quantitative Bestimmung des Wassergehaltes notwendig. Bei Muskelerkrankungen liegt oft eine Fettinfiltration im Bereich der Muskulatur vor. Diese Bereiche liegen jedoch meist unterhalb der Auflösungsgrenze der 23Na-MRT. Daher sollen eine quantitative Bestimmung des Fettanteils und eine hochaufgelöste Darstellung von Fettinfiltrationen erfolgen, um Partialvolumeneffekte korrigieren zu können. Außerdem soll Vorwissen aus der 1H-MRT (z.B. Knochen liefert kein 23Na-Signal) zur Verbesserung der Bildqualität (SNR und Auflösung) der 23Na-MRT herangezogen werden.Basierend auf den neu entwickelten Messtechniken und den aus Vorarbeiten vorhandenen Messtechniken, sollen Modelle zur semi-quantitativen Abschätzung der intrazellulären Natriumkonzentration entwickelt werden. Nach erfolgreichem Test der entwickelten Methoden an geeigneten Modelllösungen erfolgt die Evaluierung an gesunden Probanden. Basierend auf den Ergebnissen soll jeweils ein Modell zur semi-quantitativen Berechnung der intrazellulären Natriumkonzentration im Gehirn und in der Muskulatur festgelegt werden.Abschließend sollen Untersuchungen bei Patienten mit gut charakterisierten muskulären Ionenkanalerkrankungen als sogenannte Modellerkrankungen durchgeführt werden. Bei diesen Erkrankungen lässt sich durch Provokation der Muskulatur (Kühlung und Kraftübungen) ein Anstieg der intrazellulären Natriumkonzentration reproduzierbar auslösen. Durch Messungen vor und nach Provokation soll evaluiert werden, inwieweit die entwickelte Methode den erwarteten Anstieg der intrazellulären Natriumkonzentration darstellen kann.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Personen: Dr. Armin Biller; Dr. Karin Jurkat-Rott; Professor Dr. Frank Lehmann-Horn (†); Professor Dr. Heinz-Peter Schlemmer