Entwicklung einer neuen Methode zur Messung der Sauerstoffextraktionsfraktion
Fabian Küppers, Seong Dae Yun, N. Jon Shah
3. Juni 2022
Der Sauerstoffextraktionsanteil (OEF) kann als Indikator für das Gleichgewicht zwischen Sauerstoffangebot und -nachfrage im menschlichen Gehirn dienen und ist ein wertvoller Biomarker für die Gesundheit und den Stoffwechsel des Gehirns, der Einblicke in die Vorhersage und Therapie von Schlaganfällen sowie in die Heterogenität von Tumoren gibt.
Da der derzeitige Goldstandard für die OEF-Messung die O15-PET ist, eine invasive Methode mit radioaktiven Isotopen, sind alternative MRT-basierte Methoden sehr attraktiv. Bislang wurden MRT-Methoden jedoch durch die geringe Auflösung und die Anzahl der erfassten Echos behindert.
Forscher des Forschungszentrums Jülich haben deshalb eine neuartige 10-Echo GE-SE EPIK (EPI mit Schlüsselloch) Sequenz zur schnellen Quantifizierung von T2' entwickelt. In der MRT wird das Gewebe anhand der Relaxationszeiten charakterisiert, und frühere Forschungen haben gezeigt, dass die T2'-Relaxationszeit, die über die gleichzeitige Erfassung von T2 und T2* schnell zugänglich ist, direkt mit der OEF zusammenhängt.
Durch die kombinierte Erfassung von GE- und SE-Kontrasten und die Einbeziehung eines Sliding-Window-Ansatzes mit vollständiger Abtastung des zentralen k-Raums (ein Schlüsselaspekt der EPIK-Sequenz) ist die Sequenz in der Lage, eine größere Matrixgröße und eine höhere Anzahl erfasster Echos inklusive zweier reiner SEs mit Echozeiten unter 114 ms zu liefern um so bisher publizierten EPI basierten Sequenzen zur kombinierten Messung von GE- und SE-Kontrasten zu verbessern. Gleichzeitig eine gute zeitliche Auflösung und Stabilität zu bieten.
Auf der Grundlage von Daten, die an drei Phantomen und 15 Probanden bei 3T gewonnen wurden, zeigen die Ergebnisse der Studie, dass die GE-SE-EPIK-Sequenz im Vergleich zu wiederholten Ein-Echo-SE-, Multi-Echo-GE- und Spektroskopie-Methoden eine gute Übereinstimmung bei der Quantifizierung von T2/T2*-Werten zeigt, während die Trennung von grauer und weißer Substanz die erwartete Kontrastdifferenzierung ergab.
Der OEF wurde im Hinblick auf eine erste Anwendung mit klinischer Relevanz berechnet, und die Ergebnisse an gesunden Probanden erwiesen sich als vergleichbar mit denen aus der Literatur. Die Methode zeigte auch eine gute Empfindlichkeit in Atemanhalteversuchen.
Nachdem die Vorteile der Sequenz nachgewiesen wurden, wird sich das Team nun auf ihre Anwendbarkeit im klinischen Kontext sowie auf künftige Arbeiten zur weiteren Verbesserung der Sequenz in Bezug auf Auflösung und Geschwindigkeit konzentrieren. Es wird erwartet, dass die Sequenz nach weiterer Entwicklung auch für den Einsatz bei Hirntumorpatienten geeignet ist und die Identifizierung und Charakterisierung von Tumorheterogenität innerhalb einer Minute ermöglicht.
ORIGINALPUBLIKATION