Neue Bildgebungstechniken zur Untersuchung von Hirn-Metabolismus und -Hämodynamik während funktioneller Aktivierung und Inhibition bei ultra-hochfeld MRT

• Antragsteller: Professor Dr. Boris Keil; Professor Dr. Harald Möller
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 558547427

Das Projekt erforscht neue MRT-Technologie, um die Untersuchung von Hirnfunktionen bei einer ultrahohen Magnetfeldstärke von 7 Tesla zu verbessern. Dabei werden zentrale Herausforderungen bei der Bildgebung neuronaler Aktivität, des Stoffwechsels und der regionalen Hämodynamik adressiert. Zur Darstellung neuronaler Aktivierung wird überwiegend die funktionelle MRT (fMRT) auf Basis des sogenannten BOLD-Effekts eingesetzt. Der BOLD-Effekt hat jedoch erhebliche Einschränkungen bei der quantitativen und räumlichen Interpretation dieser Signalveränderungen. Alternative fMRI-Methoden wie das arterielle Spin-Labeling (ASL) zur Messung des lokalen zerebralen Blutflusses (CBF) sind daher von Interesse, da sie physiologisch wohldefinierte und quantifizierbare Parameter liefern. Dennoch stützt sich die CBF-basierte fMRI immer noch auf hämodynamische Veränderungen, um die neuronale Aktivität zu untersuchen. Idealerweise würde ein umfassenderer Ansatz auch den Metabolismus einbeziehen, insbesondere Informationen über den Stoffwechsel von Glukose, den primären „Brennstoff“ des Gehirns, und von Neurotransmittern. Eine neue Methode, die solche Informationen liefert, ist die MRT-basierte Deuterium-Metabolismus-Bildgebung (DMI). Durch orale Verabreichung von ²H-markierter Glukose liefert sie die Informationen zum aeroben und/oder anaeroben zerebralen Glukosestoffwechsels in vivo Das Hauptziel des Projekts ist die Entwicklung einer MRT-Technologie zur Verbesserung der grundlegenden ASL-Techniken bei der Ultrahochfeld-MRT, kombiniert mit DMI, um lokale Hämodynamik und regionale aktive Stoffwechselprozesse \textit{in vivo} zu erfassen. Es wird angestrebt, diese MRT-Methoden in einem einzigen Messaufbau zu integrieren. Durch die Synchronisierung der Messungen aktivierter Hirnareale, des Stoffwechsels und der regionalen Hämodynamik soll eine Verbindung zwischen Glukoseverbrauch und CBF hergestellt werden und Veränderungen der lokalen Glutamatkonzentration, die aus der synaptischen Neurotransmitter-Freisetzung resultieren, von denen trennen, die mit der Aktivität des Zitratzyklus zusammenhängen. Die Ultrahochfeld-MRT bei 7T ist aufgrund ihres herausragenden Signal-Rausch-Verhältnisses und ihrer hohen Kontrastauflösung für diese Arbeit von entscheidender Bedeutung. Die Implementierung von ASL bei dieser Feldstärke bringt jedoch besondere Herausforderungen mit sich, wie Magnetfeldinhomogenitäten und Spin-Anregungsineffizienzen, die die Genauigkeit der arteriellen Spinmarkierungen beeinträchtigen, sowie Sicherheitsbedenken aufgrund hoher spezifischer Absorptionsraten. Das Projekt zielt darauf ab, diese Hindernisse durch die Entwicklung einer speziellen MRT-Bildgebungstechnologie zu überwinden, die auf die Anforderungen von Arterial Spin Labeling und Deuterium-Metabolismus-Bildgebung bei 7T zugeschnitten ist.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen