Hyperpolarisiertes Wasser als MRT-Kontrastmittel

Zielsetzung:

Die Gabe von Gadolinium-basiertem MR-Kontrastmittel birgt u.a. das Risiko allergischer Reaktionen und einer systemischen nephrogenen Fibrose (NSF) und führt bei einigen Typen zu dauerhaften Ablagerungen im Gehirn – mit bislang unbekanntem Langzeiteffekten. Ziel unserer Arbeit ist es mit der dynamischen Kernspin-Polarisation (dynamic nuclear polarization, DNP) ein alternatives Verfahren zur Kontrastverstärkung zu entwickeln. Die verwendete Technik der Overhauser DNP stellt eine Technik dar bei der Elektronenspins von Radikalen mittels energiereicher Mikrowellen angeregt werden und dann innerhalb eines Magnetfeldes mit dem Kernspin von Wassermolekülen gekoppelt werden.

Material und Methoden:

Unser Setup besteht aus einem 42 GHz Mikrowellengenerator, sowie einem DNP Polarisator innerhalb der Gantry eines klinischen 1,5 T Scanners (Siemens Aera), welcher die kontinuierliche Hyperpolarisation von Wassermolekülen ermöglicht. Wir charakterisierten die Performance des DNP Setups vergleichend mit Gadolinium-haltigen Kontrastmittel in verschiedenen Gefäßmodellen anhand von 2D und 3D Scanprotokollen mit Messung von Signalintensitäten und Kalkulation von SNR- und CNR-Werten.

Ergebnisse:

Das verwendete DNP Setup erzeugt kontinuierlich hyperpolarisiertes Wasser, welches hohe T1 Signalverstärkungen bei kurzer Relaxationszeit aufweist. In stark T1-gewichteten GRE- und VIBE-Sequenzen zeigte sich eine bis zu 30-fache Signalverstärkung der hyperpolarisierten Lösung verglichen mit einer 12-fachen Signalverstärkung durch Gadolinium-haltiges Kontrastmittel. SNR und CNR Werte werden substantiell durch die Hyperpolarisation verbessert, so dass in einem klinischen 1,5 T Standard-Scanner Kapillardurchmesser bis 75 µm visualisiert werden konnten.

Schlussfolgerungen:

Die starke T1 Signalverstärkung durch die Hyperpolarisation von Wasser scheint eine vielversprechende Alternative zu Gadolinium-haltigen Kontrastmitteln zu sein, welche kein allergenes Risiko oder potentielle intrakorporale Ablagerungen befürchten lässt.

Die Autoren geben an, dass kein Interessenkonflikt besteht.