Quantifizierung der Signalmodulation des blutbildenden Knochenmarkes in Gradienten-Echo-Sequenzen

Zusammenfassung

Das Signalverhalten des spongiösen Knochens in Gradienten-Echo-Sequenzen wird durch den Gehalt an Fett- und Wasserprotonen sowie durch die magnetischen Suszeptibilitätsunterschiede an den Grenzschichten zwischen Trabekel und Knochenmark bestimmt. Aus Signalintensitäten bei verschiedenen Echozeiten wurde mittels eines Optimierungsalgorithmus die Signalmodulation quantifiziert und in demselben Rechengang die T₂-Relaxationszeit berechnet. An einem Fett/Wasser-Keilphantom wurde gezeigt, daß das Produkt der initialen Fett- und Wassersignalintensität (Modulationskoeffizient) geeignet ist, um erstens die Stärke der Signalmodulation und damit die chemische Verschiebung zu quantifizieren, zweitens geringe Veränderungen des Fett/Wasser-Verhältnisses sensitiv nachzuweisen. Bei 16 Probanden verschiedenen Alters (23-64 J., × = 42,4 J.) zeigte die T₂-Relaxationszeit der Spongiosa von Lendenwirbelkörpern eine tendenzielle Zunahme mit dem Alter, die sich aus dem abnehmenden Trabekelgehalt und der damit verbundenen Reduktion der Magnetfeldinhomogenitäten im Knochenmark erklären läßt. Die Ergebnisse versprechen eine gute Anwendbarkeit der verwendeten Sequenz und des mathematischen Modells zur Verlaufsbeurteilung des spongiösen Knochens bei Osteoporose und malignen hämatologischen Erkrankungen.

Summary

The signals from spongy bone on gradient echo sequences depend on the fat and water proton content as well as the differences in magnetic susceptibility at the border between the trabeculae and the bone marrow. From the signal intensities for different echo times, signal modulation was quantified by a special algorithm and at the same time the T₂ relaxation time was calculated. Using a fat-water phantom, it was shown that the product of the initial fat and water signal intensity (modulation coefficient) is applicable to indicate the extent of signal modulation and thereby the chemical shift and, moreover, to indicate changes in the fat/water ratio sensitively. In 16 individuals of different ages (23 to 64 years, average 42.4 years) there was a tendency for the T₂ relaxation time from the spongiosa of lumbar vertebrae to increase with age; this can be explained by a reduction in the trabecular content, causing reduction in the magnetic inhomogeneity of the bone marrow. The results indicate the usefulness of the sequence and the mathematical model for evaluating the spongy bone in cases of osteoporosis and of malignant haematological disorders.

Schlüsselwörter

Chemische Verschiebung - Gradientenecho - Signalmodulation - Knochenmark - Osteoporose

Key words

Chemical shift - Gradient echo - Signal modulation - Bone marrow - Osteoporosis