Ultrahigh-field (7T) MR of early cartilage degeneration
Final Report Abstract
Das vorliegende DACH‐Projekt (in Deutschland abgeschlossen, in Österreich andauernd) beschäftigt sich mit der Darstellung früher Veränderungen des Knorpels durch Hochfeld‐Magnetresonanz. Dies beinhaltet zum einen die Entwicklung neuer MR‐Methoden und zum anderen die Anwendung und Validierung dieser Methoden am Probanden und Patienten. Die österreichische Seite verfügt über ein Hochfeld‐MR von 7T das auf dem Campus des AKH in Wien installiert ist und so eine hervorragende Anbindung an Patienten hat. Das deutsche Teilprojekt (ursprünglich in Basel angesiedelt) wurde am MPI für biologische Kybernetik am Hochfeld‐ Magnetresonanzzentrum durchgeführt. Dort wurde ein Großteil der technischen Entwicklungen durchgeführt und am 9.4T MR‐System getestet. Frühe Knorpelschädigungen sind mit konventioneller MR‐Bildgebung nur schwer darstellbar, da sich in diesem Stadium die äußere Form des Knorpels noch nicht geändert hat. Allerdings beginnen schon vorher Prozesse, die die mechanischen Eigenschaften des verändern, z.B. der Verlust der sogenannten Proteoglykane im Knorpel. Aufgrund ihrer hohen Wasserbindungskapazität sind Proteoglykane Gleitmittel in Gelenken und erfüllen eine raumfüllende Wirkung als Grundsubstanz von Knorpel, Sehnen, Gelenken und Extrazellulärmatrix. Proteoglykane können mittels MR nicht direkt sichtbar gemacht werden, beeinflussen aber die sogenannte T2 Reölaxationszeit des umgebenden Wassers und beeinflussen zudem die lokale Konzentration von Natriumionen. Hauptziel dieses Projektes war es daher, quantitative MR‐Techniken zur Messung der T2‐Wasserrelaxation also auch zur Natriumbildgebung zu entwickeln. Beide Techniken bedingen ein sehr hohes Magnetfeld zur Steigerung der Sensitivität. Beide Techniken konnten erfolgreich für Hochfeld‐MR entwickelt werden. Ein Großteil der sehr aufwändigen technischen Entwicklungen wurde außerhalb des DFG (DACH) Projektes am MPI durchgeführt. Die Wiener Seite konnte in Patientenstudien zeigen, dass die entwickelten Techniken eine verlässliche Darstellung der Knorpeldegeneration erlauben. Inwiefern unsere Techniken in die Routinediagnostik einziehen werden, ist derzeit noch offen. Voraussetzung ist der Zugang zu 7T Hochfeldsystemen, die derzeit allerdings nur an einigen Universitätskliniken installiert sind.
Publications
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Amide Proton Chemical Exchange Saturation Transfer at 9.4 T with Optimized RF Transmit Field through B1 Shimming. ISMRM 2013
C. Mirkes, J. Hoffmann, G. Shajan, R. Pohmann, K. Scheffler
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Combination of a sodium birdcage coil with a tunable patch antenna for B0 shimming and anatomical localization at 9.4 T. ISMRM 2013
C. Mirkes, J. Hoffmann, G. Shajan, R. Pohmann, K. Scheffler
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Quantitative Sodium Imaging at 9.4 T. ESMRMB 2013
C. Mirkes, J. Hoffmann, G. Shajan, R. Pohmann, K. Scheffler
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High‐resolution quantitative sodium imaging at 9.4 tesla. Magn Reson Med. 2014 Jan 16 [Epub ahead of print]
Mirkes CC, Hoffmann J, Shajan G, Pohmann R, Scheffler K
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Triple‐echo steady‐state T2 relaxometry of the human brain at high to ultra‐high fields. NMR Biomed. 2014 Sep;27(9):1037‐45
Heule R, Bär P, Mirkes C, Scheffler K, Trattnig S, Bieri O
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Sodium MR Imaging of Ankle Joint in Cadaver Specimens, Volunteers and Patients after Different Cartilage Repair Techniques at 7T – Initial Results. Invest Radiol. 2015 Apr;50(4):246‐54
Zbýň S, Brix M, Juras V, Domayer S, Walzer S, Mlynarik V, Apprich S, Buckenmaier K, Windhager R, Trattnig S
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Triple‐Quantum‐Filtered Sodium Imaging at 9.4 Tesla. Magn Reson Med. 2015 Apr 4
Ch. Mirkes, G. Shajan, J. Bause, K. Buckenmaier, J. Hoffmann , K. Scheffler
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MRI using 23Na. 2017, S. 911-918, in: Encyclopedia of Spectroscopy and Spectrometry, John C. Lindon, George E. Tranter and David W. Koppenaal, 3. ed.
Mirkes C, Zbýn S, Trattnig S, Chadzynski G, Scheffler K
