MRI-based parameterization of interstitial lung disease with qualitative and quantitative characterization of components and mechanical properties of the diseased lung tissue.
Final Report Abstract
Als physikalische Methoden haben wir „Single-Voxel“-Spektroskopie-Techniken für die präzise Messung der reversiblen, transversalen Relaxation im Lungengewebe entwickelt. Dadurch konnten wir eine verbesserte Parametrisierung der Relaxation erhalten, die die Präzision von Relaxationszeitmessungen um einen Faktor von 3-4 erhöht. Die resultierenden Gaußschen Relaxationszeiten deuten auf eine verbesserte Sensitivität gegenüber Lungenstrukturveränderungen hin und stellen damit einen vielversprechenden Biomarker für Patienten mit Lungenfibrose oder Lungenemphysem dar. Als neuartige MRT-Lungenbildgebungsverfahren in Atem-Anhaltetechnik wurden 1) die kontrastmittelfreie und quantitative Bestimmung des regionalen Blutvolumens, 2) das funktionelle Lineshape-Verfahren zur Bestimmung der Lungeninflation/ventilation, und 3) eine Methodik zur Bestimmung der Alveolargröße vorgestellt. Weitergehend wurden Verfahren entwickelt, die es erlauben die Lungen-relevanten Relaxationszeitparameter T1 und T2* unter freier Atmung simultan zu erfassen. Insbesondere die Untersuchung zur Echozeit-abhängigen Lungen-T1-Bestimmung hat die potentiellen Möglichkeiten eröffnet, Lungengerüst- Erkrankungen detaillierter als bisher zu charakterisieren. In den Machbarkeitsstudien wurden die erarbeiteten Methoden an Patienten mit Lungenparenchymveränderungen (Emphysem bei COPD und Lungenfibrose) eingesetzt. An 20 Patienten mit COPD in den GOLD-Stadien I-IV korrelierten die T1-Messungen bei Raumluft und bei Sauerstoffgabe gut mit den auf regionaler Ebene messbaren Perfusionsdefiziten in der kontrastmittelverstärkten MRT. Das Krankheitsstadium korrelierte moderat mit der Gesamtausdehnung der Perfusionsdefizite und den T1-Messungen bei Raumluft und bei Sauerstoffatmung. Unter der Annahme, dass das T1 bei Raumluft mit dem regionalen Blutvolumen und das ΔT1 bei Sauerstoffgabe mit der Lungenventilation korrelieren, sind beide Messungen in Kombination grundsätzlich geeignet, Ventilations-Perfusions-Defizite zu bestimmen. Die Methodik könnte daher eine nicht-invasive Alternative zur First pass- Lungenperfusion mit intravenöser Injektion Gadolinium-haltiger Kontrastmittel darstellen. An zwölf Patienten mit stabiler Fibrose vom Typ UIP oder NSIP zeigte sich ein hoch signifikanter Unterschied der medianen T2-Werte für gesundes und fibrotisch verändertes Lungengewebe. Auch graduell unterschiedliche Lungenparenchymveränderungen (Milchglasinfiltrate, feinretikuläre Veränderungen und Honigwabenmuster) konnten anhand der T2-Werte unterschieden werden. Die Methodik erscheint daher prinzipiell zum quantitativen Monitoring bei der Verlaufsbeurteilung der Lungenfibrose spontan und unter Therapie geeignet.
Publications
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(2015): Functional lung MRI in chronic obstructive pulmonary disease: comparison of T1 mapping, oxygen-enhanced T1 mapping and dynamic contrast enhanced perfusion. PloS One 10, e0121520
Jobst BJ, Triphan SMF, Sedlaczek O, Anjorin A, Kauczor HU, Biederer J, Ley- Zaporozhan J, Ley S, Wielpütz MO
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(2015): Oxygen enhanced lung MRI by simultaneous measurement of T1 and T2* during free breathing using ultrashort TE. J Magn Reson Imaging JMRI 41, 1708–1714
Triphan SMF, Breuer FA, Gensler D, Kauczor H-U, Jakob PM
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(2016): Gaussian signal relaxation around spin echoes: Implications for precise reversible transverse relaxation quantification of pulmonary tissue at 1.5 and 3 Tesla. Magn Reson Med
Zapp J, Domsch S, Weingärtner S, Schad LR
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(2016): In vivo imaging of the spectral line broadening of the human lung in a single breathhold. J Magn Reson Imaging JMRI 44, 745–757
Carinci F, Meyer C, Breuer FA, Jakob PM
