Untersuchung der anisotropen Diffusion der Weißen Hirnsubstanz mit Diffusion Tensor Imaging und Fibertracking: Optimierung der Untersuchungstechnik

Ziele: Die mithilfe der diffusionsgewichteten Magnet-Resonanz-Tomographie (MRT) messbare Brownsche Molekularbewegung ist in der Weißen Hirnsubstanz (WHS) aufgrund der der Faserstruktur anisotrop. Diese Anisotropie lässt sich mithilfe der Diffusionstensorbildgebung (DTI) bestimmen und hieraus der Verlauf der Faserbahnen berechnen (Fibertracking). Da die verwendeten mathematischen Algorithmen sehr komplex sind und eine sehr gute Datenbasis benötigen, ist es wichtig, die DTI-Messtechnik zu optimieren. Ziel dieser Studie war es, unterschiedliche methodische Ansätze zur Verbesserung der Qualität von DTI und Fibertracking zu untersuchen und miteinander zu vergleichen. Methode: An einem 3 Tesla MR-Tomographen (Siemens Magnetom TRIO) wurden diffusionsgewichtete MR-Aufnahmen an einem Kugelphantom und Probanden angefertigt. Dabei wurde eine herkömmliche diffusionsgewichtete 2D-Spin-Echo Echo-Planar-Imaging (EPI) Sequenz mit folgenden Sequenzen verglichen: (1) Doppelspinecho EPI Sequenz, (2) Sequenz mit hoher Ortsauflösung (isotrop 1,5×1,5×1,5mm³), (3) Sequenz mit Parallel Imaging (GRAPPA), (4) Sequenz mit 30 statt 6 Diffusionsrichtungen. Es wurde die Bildqualität der diffusionsgewichteten Bilder, der berechneten Maps (Trace, Anisotropie) und des Fibertracking qualitativ wie quantitativ untersucht. Ergebnis: Durch Methode (1) konnten die Wirbelstomartefakte deutlich reduziert werden. Eine sehr hohe räumliche Auflösung (2) bewirkte eine Reduktion des SNR in den diffusionsgewichteten Bildern, was wiederum mit Qualitätsverlusten in der DTI einherging. Durch Verwendung von GRAPPA (3) konnten Effekte der Intravoxel-Dispersion reduziert und hierdurch das SNR erhöht werden. Durch Erhöhung der Diffusionsrichtungen von 6 auf 30 erhält man zusätzliche Informationen in Voxel mit nichtlinearer Diffusion (Faserkreuzungen, Faserverzweigungen), gleichzeitig werden aber auch Effekte nichtlinearer Gradienten minimiert. Eine Kombination der Methoden (1)-(4) ergab im Fibertracking eine deutliche Verbesserung der Zuverlässigkeit; die Zahl der anatomisch nicht korrekt bestimmten Fasern war niedriger als mit der herkömmlichen Technik. Schlussfolgerung: Durch die Kombination aller Optimierungstechniken konnte eine Sequenz mit reduzierten Wirbelstromartefakten, erhöhter Ortsauflösung, geringeren T2*-Artefakten und erhöhter Winkelauflösung etabliert werden. Diese Sequenz ergab sowohl in den Parameterbildern des DTI als auch beim Fibertracking die zuverlässigsten Ergebnisse.

Korrespondierender Autor: Rehbein N

Universitätsklinikum Heidelberg, Sektion Experimentelle Neuroradiologie, Im Neuenheimer Feld 400, 69120 Heidelberg

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Diffusion Tensor Imaging - Fibertracking - Parallele Bildgebung