Super-Resolution-Rekonstruktion für die Kartierung des Wassergehalts im gesamten Gehirn in drei orthogonalen Richtungen

Dennis Thomas, Ana-Maria Oros-Peusquens, Dirk Poot and N. Jon Shah

21. Juli 2022

Der Wassergehalt im gesunden Gehirn ist streng reguliert, und jede Veränderung der normalen Homöostase ist ein Hinweis auf eine Krankheit. Daher ist die Messung des Wassergehalts im Gehirn für das Verständnis zahlreicher Erkrankungen von Bedeutung, darunter Ischämie, Hirnverletzungen, Hypoxie, Hirntumore, Multiple Sklerose und hepatische Enzephalopathie. MRT-gestützte Methoden bieten eine Möglichkeit, den Wassergehalt mit hoher Auflösung zu messen und so kleine Veränderungen der Gewebeintegrität nicht-invasiv und quantitativ zu erfassen. Die Auflösung der derzeitigen Methoden wird jedoch durch lange Aufnahmezeiten und partielle Volumeneffekte beeinträchtigt.

Als Antwort auf dieses Problem haben Forscher am INM-4 eine Technik entwickelt, mit der die räumliche Auflösung von Wassergehaltskarten durch die Kombination von Informationen aus mehreren niedrig aufgelösten Bildern erhöht werden kann, eine Technik, die gemeinhin als "super-resolution reconstruction" (SRR) bezeichnet wird.

Bei diesem Verfahren wird ein hochauflösendes (HR) Multi-Echo-Gradientenecho-Bild (mGRE) in Superauflösung aus drei orthogonalen mGRE-Aufnahmen mit niedriger Auflösung (LR) rekonstruiert, was eine anschließende hochauflösende Kartierung des Wassergehalts ermöglicht.

Die Genauigkeit der Methode wurde anhand von Phantomen und sechs gesunden Probanden bei 3 Tesla demonstriert. Die Ergebnisse zeigen, dass die vorgeschlagene Methode nicht nur einen besseren Kontrast liefert, sondern auch die Auflösung der Wassergehaltskarten erhöhen kann, um die Erkennung sehr kleiner Läsionen zu erleichtern.

Es wird davon ausgegangen, dass sich die Auswirkungen der Methode bei höheren Feldstärken verstärken werden, bei denen ein Gewinn an Bildgebungszeit und SNR zu erwarten ist. Künftige Forschungsarbeiten werden sich auf die Verfeinerung der Technik und ihre eventuelle klinische Anwendung konzentrieren.

Origionalpublikation: Whole-Brain Water Content Mapping Using Super-Resolution Reconstruction with MRI Acquisition in 3 Orthogonal Orientations