Ultrashort Echo Time (UTE) Magnetresonanztomografie der Wirbelsäule

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Sam Sedaghat
• Fachliche Zuordnung: Radiologie
• Förderung: Förderung von 2021 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 465643606

Bandscheiben (IVD)-Degeneration und Schmerzen im unteren Rückenbereich (LBP) betreffen die Mehrheit der Bevölkerung im Laufe ihres Lebens. LBP sind mit hohen Gesundheitskosten und Produktivitätsverlusten verbunden. Die Notwendigkeit genauer Diagnostik und gezielter Präventions-/Therapiestrategien von IVD-Degeneration ist daher ein wichtiges Anliegen. Die IVD besteht aus einem zentralen Proteoglycan (PG)-reichen Nucleus pulposus (NP) und einem umgebenden kollagenreichen Annulus fibrosus (AF) sowie über-/untergeordneten Endplatten. Die Versorgung der IVD mit Nährstoffen erfolgt durch die knorpelige Endplatte (CEP). Die IVD-Degeneration ist durch den Verlust von PG, die Dehydratisierung des NP, den Kollagenverlust des AF und den Abbau der CEP gekennzeichnet. Die Magnetresonanztomographie (MRT) wird routinemäßig zur Diagnose der IVD-Degeneration eingesetzt, bietet jedoch keine zuverlässige Beurteilung des biochemischen Gehalts der Bandscheibe oder der CEP-Funktion. Hierzu haben sich neuere Forschungen auf zwei Biomarker konzentriert: T2 für den Kollagenabbau und T1ρ für den PG-Abbau. Beide Biomarker werden jedoch durch den „magic angle effect“ verfälscht, der zu einem mehrfachen Anstieg von T2 und T1ρ führen kann. Zudem ist die CEP bei klinischen MRT-Untersuchungen aufgrund ihrer kurzen transversalen Relaxationszeit (T2*) „unsichtbar“. Um diese Probleme anzugehen, wurde kürzlich eine adiabatische Spin-Lock-Bildgebung für das T1ρ-Mapping mit verringerter Sensitivität gegenüber dem „magic angle effect“ vorgeschlagen. Auch der Magnetisierungstransfer (MT) wurde für das „magic angle“ unsensitive Mapping der makromolekularen Fraktion (MMF) eingeführt. Ferner wurden UTE (Ultrashort Echo Time)-Sequenzen mit sehr kurzen TEs implementiert, um eine direkte Bildgebung der CEP zu ermöglichen. Das UTE-Forschungslabor an der University of California San Diego hat eine Reihe von UTE-Techniken zur quantitativen Abbildung der Bandscheibe entwickelt, darunter eine adiabatische 3D-UTE-T1ρ-Sequenz (UTE-AdiabT1ρ) zum stabilen Mapping von PGs, eine 3D UTE MT (UTE-MT) -Sequenz zum stabilen Mapping von MMF und eine adiabatische Inversion-Recovery-UTE-Sequenz mit Fettsättigung (IR-FS-UTE) für die kontrastreiche Bildgebung und das T2*-Mapping der CEP sowie zur Bewertung von Verkalkungen und Dehydrationen. In dieser Studie werden wir a) die 3D-UTE-AdiabT1ρ-Sequenz zur Abbildung von PG im NP sowie die 3D-UTE-MT-Sequenz zur Abbildung der MMF und von Kollagen im AF bewerten. Wir werden auch den Einfluss des „magic angle“ auf diese Sequenzen bewerten, b) die 3D-IR-FS-UTE-Sequenz zur Abbildung der CEP und Quantifizierung ihrer T2* sowie zur Darstellung von Verkalkungen und Hydratation untersuchen, c) UTE-AdiabT1ρ-, MMF- und T2*-Messungen mit Referenzstandards wie CT, µCT, Histologie, Biochemie und Diffusionstest korrelieren. Wir werden zeigen, dass neuartige 3D-UTE-Sequenzen das volumetrische Mapping von PG im NP, von Kollagen im AF und des Diffusionsvermögens der CEP ermöglichen.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Dr. Jiang Du