Verbesserung der quantitativen Suszeptibilitätskartierung (QSM) durch iterative Wiederherstellung der Streifenphase (REFRASE)
13. Mai 2021
Johannes Lindemeyer, Wieland A. Worthoff, Aliaksandra Shymanskaya and N. Jon Shah
Quantitative Suszeptibilitätskartierung (Quantitative Susceptibility Mapping or QSM) ist eine relativ neue MRT-Technik, welche die quantitative Messung spezifischer Biomarker, wie beispielsweise Eisen und Kalzium, im Gehirn ermöglicht.
Die rekonstruierten Ergebnisse können jedoch durch missinterpretierte oder fehlende Phasendaten nahe des Randes der Hirn-Segmentierung kritisch verzerrt werden. Solche Daten müssen entweder ausgeschlossen werden, was zum Verlust von potentiell wichtigen Details führen kann, oder sie müssen korrigiert werden, bevor eine weitere Verarbeitung stattfinden kann. Dieses Forschungsprojekt zielt darauf ab, das Problem mit Hilfe eines neuartigen iterativen Ansatzes mit dem Namen REFRASE - restoration of the fringe phase - zu lösen.
REFRASE ermöglicht es gleichzeitig die Genauigkeit der QSM-Karten von Multi-Echo-Phasendaten zu verbessern und die räumliche Abdeckung des für die Auswertung verfügbaren Bereichs zu vergrößern. Datenverluste, die durch starke lokale Phasengradienten in der Nähe der Oberfläche des Hirns verursacht werden, werden innerhalb der ursprünglichen Phasendaten mit Hilfe von harmonischen und dipolbasierten Feldern wiederhergestellt, welche von einer robusten Stützregion ausgehend extrapoliert werden. Über mehrere Iterationen werden die Phasendaten vor der Anwendung weiterer QSM-Verarbeitungsschritte korrigiert.
Das Konzept wurde erfolgreich an numerischen Phantomen und Hirnscans einer Kohorte von Probanden validiert. Die Ergebnisse zeigten eine vergrößerte Abdeckung der Maske und eine verbesserte numerische Stabilität innerhalb des segmentierten globus pallidus, was die Wirksamkeit der vorgestellten Methode im Vergleich zur traditionellen Auswertung bestätigt.
Es wird erwartet, dass die vorgestellte Methode sehr wertvoll für niedrig auflösende Field-Mapping-Ansätze sein wird, die unter starken Intravoxel-Gradienten leiden. Die freie Wahl der Methode zur Hintergrundkorrektur macht REFRASE zu einem universellen Werkzeug für beliebige Phasenkontrastanwendungen. Es wird außerdem erwartet, dass die Methode ihr volles Potenzial hinsichtlich der Kompensierung starker lokaler Mangetfeldgradienten weiter entfalten wird, sobald Ultrahochfeld-MRT mehr Verbreitung findet.
Originalpublikation