Artery-selective time-resolved and quantitative measurements of intracranial arteries by hybrid 4D flow Arterial Spin Labeling Magnetic Resonance Angiography

• Applicant: Dr. Thomas Lindner
• Subject Area: Clinical Neurology; Neurosurgery and Neuroradiology ; Medical Physics, Biomedical Technology ; Nuclear Medicine, Radiotherapy, Radiobiology
• Term: from 2019 to 2021
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 418126342

• Final Report Year: 2022

Final Report Abstract

Die kontinuierliche Weiterentwicklung neuartiger Bildgebungsmethoden erlaubt tiefere Einblicke in die Physiologie sowie die Pathophysiologie des Gehirns. Eine solche Methode ist die ASL, im Besonderen die gefäßselektive ASL Bildgebung. Die in dem Projekt verwendet Methode im speziellen erlaubt es, makrovaskuläre Veränderungen zu erfassen. Ein großer Vorteil ist, dass die Anwendung dieser MRT Methode nicht nur auf Patientengruppen reduziert ist, sondern auch an Probanden angewandt werden kann, da keine ionisierende Strahlung und keine externe Kontrastmittelgabe erforderlich ist. Die im Rahmen des Projektes hauptsächlich verwendete Methode (super-selektives ASL) ist im Vergleich zu anderen, ähnlichen Methoden flexibel in ihrer Anwendung hinsichtlich der Planung (Labeling einer großen Arterie, kleinerer intrakranieller Arterien, 2 oder mehr Arterien gleichzeitig oder nicht-selektives Labeling) und kann daher auf verschiedene anatomische und pathologische Varianten individuell angepasst werden. In diesem Projekt wurde die selektive ASL mit der bekannten PCA Methode verbunden und in eine Sequenz zusammengefasst, um sowohl gefäßselektive Information, aber auch Flussgeschwindigkeit und -richtung evaluieren zu können. Konkret handelte es sich um die erweiterte PCA Methode der 4D Fluss Bildgebung. Die gewünschte Kombination wurde mittels Simulationen, Phantom- und Humanexperimenten entwickelt und evaluiert. Es konnte gezeigt werden, dass die beiden Methoden nicht miteinander interagieren und sich gegenseitig nicht beeinflussen. Dadurch lassen sich aus den Daten weit mehr Informationen extrahieren, als es bei der ASL alleine der Fall wäre. Die im Rahmen dieses Projektes angefertigten Patientenscans zeigen zudem auch zukünftige potentielle klinische Anwendungen dieser Methodik auf. Problematisch zeigt sich jedoch die lange Scanzeit, die die Methode noch nicht in der klinischen Routine anwenden lässt, da die Artefakt Anfälligkeit, insbesondere bei unruhigen Personen zu hoch ist. Weitere Entwicklungen sollten darauf abzielen, die Methode zu beschleunigen.

Publications

• A methodology for generating four-dimensional arterial spin labeling MR angiography virtual phantoms. Medical Image Analysis, 56, 184-192.
  Phellan, Renzo; Lindner, Thomas; Helle, Michael; Falcão, Alexandre X.; Okell, Thomas W. & Forkert, Nils D.
  
• Non-invasive qualitative and semiquantitative presurgical investigation of the feeding vasculature to intracranial meningiomas using superselective arterial spin labeling. PLOS ONE, 14(4), e0215145.
  Jensen-Kondering, Ulf; Helle, Michael; Lindner, Thomas; Jansen, Olav & Nabavi, Arya
  
• Ternary encoded super-selective arterial spin labeling for time-resolved flow territory mapping. Physics in Medicine & Biology, 65(10), 10NT01.
  Lindner, Thomas; Jansen, Olav & Helle, Michael
  
• Virtual non-contrast enhanced magnetic resonance imaging (VNC-MRI). Magnetic Resonance Imaging, 81, 67-74.
  Lindner, Thomas; Debus, Hanna & Fiehler, Jens
  
• Measurements of Functional Network Connectivity Using Resting State Arterial Spin Labeling During Neurosurgery. World Neurosurgery, 157, 152-158.
  Lindner, Thomas; Ahmeti, Hajrullah; Helle, Michael; Jansen, Olav; Fiehler, Jens; Dührsen, Lasse; Synowitz, Michael; Kesari, Santosh & Ulmer, Stephan