Beurteilung der zerebralen arteriellen Gefäßsteifigkeit und Pulsatilität mittels MRT in Submillimeter-Auflösung

• Antragsteller: Joseph Whittaker, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
• Förderung: Förderung in 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 468695332

Zur Aufrechthaltung eines gesunden Zustands benötigt das menschliche Gehirn einen gleichmäßigen Blutfluss. Der Herzschlag bewirkt einen pulsierenden Blutfluss durch die großen Arterien, d. h. das Blut wird beschleunigt, wenn sich das Herz zusammenzieht bzw. verlangsamt sich, wenn das Herz sich erschlafft. Der pulsierende Blutfluss wird durch die elastischen Gefäßwände der großen Arterien beeinflusst. Die Elastizität ist wichtig, da sie die zerebrale Mikrozirkulation vor übermäßiger Pulsationsenergie schützt. Mit zunehmendem Alter treten Veränderungen in der Arterienwand auf, die zu einer zunehmenden Versteifung führen. Da das Gehirn ein Organ mit besonders großem Blutfluss ist, ist es naheliegend, dass eine erhöhte arterielle Steifigkeit mit zerebrovaskulären Erkrankungen in Verbindung gebracht wird. Daher ist die Beurteilung der Steifigkeit und Pulsatilität von besonderem klinischen Interesse. Allerdings gibt es derzeit nur wenige Methoden, die dies im Gehirn erreichen. In unserem Projekt schlagen wir vor, eine neuartige Ultrahochfeld-MRT-Methode zu entwickeln, um sowohl die Steifigkeit als auch die Pulsatilität von Hirnarterien zu bestimmen. Konventionelle MRI-Methoden ermöglichen es, Informationen über die Blutflussgeschwindigkeit zu gewinnen, indem zusätzliche magnetische Gradientenfelder angelegt werden, wodurch solche Messungen sehr zeitaufwändig werden. Unser neuer Ansatz nutzt dagegen die inhärente Empfindlichkeit des MRT-Signals in Bezug auf die Blutflussgeschwindigkeit unter bestimmten Aufnahmebedingungen, und ermöglicht so die Messung des arteriellen Blutflusses in hoher zeitlicher Auflösung. Das vorgeschlagene Projekt umfasst (a) die Entwicklung der Messmethode und (b) deren klinische Anwendung. Im Rahmen der methodischen Arbeiten werden wir eine MRT-Sequenz entwickeln, die eine schnelle Messung der Geschwindigkeit der Herzdruckwelle (d. h. der Pulswellengeschwindigkeit) erlaubt. Diese Daten liefern ein quantitatives Maß für die Gefäßsteifigkeit in verschiedenen Segmenten der inneren Halsschlagader (Arteria carotis interna, ACI) und der mittleren Hirnschlagader (Arteria cerebri media, ACM). Darauf aufbauend werden wir das Verfahren weiterentwickeln, um die Pulsatilität in den deutlich kleineren lentikulostriären Arterien (Arteriae lenticulostriatae), die von der ACM abzweigen, zu messen. Die neuen Techniken sollen es ermöglichen, die Beziehung der Steifigkeit der großen Hirnarterien zur Pulsatilität stromabwärts in den kleinen Arterien zu untersuchen. Bezüglich der Anwendung werden wir diese Techniken in einer Kohorte gesunder erwachsener Versuchspersonen mit einer breiten Altersverteilung und explorativ in einer Kohorte von Patienten mit bekannter Mikroangiopathie („small vessel disease“) einsetzen. Dabei soll untersucht werden, wie sich die Steifigkeit der großen Hirnarterien und die stromabwärts gerichtete Pulsatilität mit dem Alter entwickeln und wie sich dieser Alterunsprozess bei Erkrankungen der kleinen Gefäße verändert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen