Entwicklung und klinische Erprobung von UTE-Sequenzen für die funktionelle Lungenbildgebung

• Antragsteller: Professor Dr. Herbert Köstler; Professor Dr. Simon Veldhoen
• Fachliche Zuordnung: Radiologie
• Förderung: Förderung seit 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 363014928

Die Magnetresonanztomographie (MRT) ermöglicht die Schnittbildgebung ohne ionisierende Strahlung, so dass ihr Einsatz besonders für Risikogruppen medizinischer Strahlenanwendungen wünschenswert ist. Die pulmonale MRT war durch physikalische Gegebenheiten des Lungenparenchyms limitiert, jedoch hat die Entwicklung von Sequenzen mit sehr kurzen Echozeiten (ultrashort echo time, UTE) die Abbildungsqualität der Lunge entscheidend verbessert. Die Studienlage zeigt für viele morphologische Fragestellungen eine vergleichbare Leistungsfähigkeit von UTE-MRT und Computertomographie. Obwohl das Innovationspotential von UTE-Sequenzen ihren Einsatz auch in der funktionellen Lungenbildgebung nahelegt, war dieses Anwendungsfeld unerforscht. In der ersten Förderperiode des Forschungsvorhabens wurden 2D und 3D UTE-Sequenzen für die funktionelle Lungen-MRT entwickelt und erprobt. In Anwendungsstudien wurden Atmungsstrategien für die Datenakquisition miteinander verglichen, die Reproduzierbarkeit der Ventilationsmessungen und ihre Übereinstimmung mit konventionellen Methoden der Lungenfunktionsprüfung erfolgreich überprüft und das Anwendungspotential von UTE-Sequenzen für die funktionelle Bildgebung u.a. bei Patienten mit Cystischer Fibrose demonstriert. Trotz dieser Erfolge existieren weiterhin Limitationen, die dem breiten klinischen Einsatz von UTE Sequenzen für die funktionelle Lungen-MRT entgegenstehen, allen voran die Abhängigkeit der meisten Methoden von Atemanhaltemanövern. In der zweiten Förderperiode sollen die entwickelten Techniken erweitert und verbessert werden: Die Implementierung einer Datenaufnahme in freier Atmung wird die funktionelle UTE-MRT allen Patienten unabhängig von ihrer Atmungscompliance zugänglich machen. Durch Entwicklung von Sequenzen mit simultaner Anregung mehrerer Schichten wird die Untersuchungszeit verkürzt und durch Integration von Fehlerkarten wird die Reliabilität der funktionellen Messungen unmittelbar beurteilt werden können. Durch systematische Analyse der Abhängigkeiten der Inflow-assoziierten Signaländerungen von Aufnahmeparametern wird für 2D UTE-Sequenzen ein kontrastmittelfreies Protokoll zur quantitativen Perfusionsbestimmung entwickelt. Die Entwicklungen werden in explorativen Studien an repräsentativen Patienten- und Probandenkollektiven erprobt und validiert. Zielparameter sind neben der Abbildungsqualität u.a. die Übereinstimmung der funktionellen Messdaten mit klinisch etablierten Verfahren. Zum Projektabschluss soll eine Lungen-MRT auf Basis von UTE-Sequenzen zur Verfügung stehen, die eine hochaufgelöste Darstellung des Lungenparenchyms in kurzer Untersuchungszeit ohne Anwendung von Kontrastmitteln ermöglicht und quantifizierbare funktionelle Informationen liefert. In Abhängigkeit der individuellen Atmungscompliance kann dann zwischen der Datenaufnahme im Atemstopp oder in freier Atmung gewählt und die Validität der Messwerte anhand von Fehlerindices beurteilt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen