Next Generation Chemical Exchange saturation transfer MRI

• Antragsteller: Professor Dr. Moritz Zaiss
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 442377885

Die Magnetresonanztomographie (MRT) ist ein Untersuchungsverfahren das den besten Weichteilkontrast mit einer hohen räumlichen Auflösung kombiniert und auch noch funktionelle Informationen liefern kann. Pathologische Prozesse sind aber oft durch molekulare und metabolische Veränderungen charakterisiert. Bestimmte metabolische Veränderungen sind der MR -Spektroskopie direkt zugängig, die Sensitivität ist aber relativ gering und das Verfahren benötigt relative große Untersuchungsvolumina. Das Verfahren CEST MRT nutzt nun den „chemical exchange saturation transfer“ von Metaboliten auf Wassermoleküle und kann mit diesem Effekt die Sensitivität für bestimmte Metaboliten bis zum tausendfachen oder auch darüber erhöhen. Allerdings existieren verschiedene Herausforderungen für die breite Nutzung CEST MRT. Wesentliche Punkte sind in diesem Zusammenhang lange Untersuchungszeiten für die Bilddatenakquisition, insbesondere zur quantitativen Auswertung, technische Limitationen für die hochfrequenten Sättigungsimpulse, die Frage der bestmöglichen molekularen Sättigung für das Kodieren der Information und die zurzeit komplexe Nachverarbeitung zur Extraktion der spezifisch gewünschten Information. Im Rahmen dieses Projektes soll durch Kombination modernster Verfahren aus der MR-Forschung und der Mathematik ein wesentlicher Fortschritt zur schnellen und quantitativen in-vivo Bestimmung spezifischer metabolischer Information erzielt werden. Dafür gibt es zwei überlappende Arbeitsbereiche. Einerseits die Optimierung der spezifischen molekularen Sättigung bei Ganzkörper MR-Systemen, andererseits die massive Reduzierung der Untersuchungszeit durch neuartige Mess- und Rekonstruktionsverfahren. Um diese Ziel zu erreichen, soll sogenannte parallele Bildgebung mit neuartigen variationellen Rekonstruktionsverfahren kombiniert werden. Mit diesen Verfahren kann korrelierte Information in Bildserien von CEST Spektren genutzt und eine Beschleunigung um das zehnfache oder darüber hinaus ermöglicht werden. In einem weiteren Schritt soll die quantitative Auswertung der metabolischen Information in die Bildrekonstruktion integriert werden und damit nach der Untersuchung unmittelbar zur Verfügung stehen. Mit Hilfe des mathematischen Verfahrens der Optimalsteuerung konnte vor kurzem gezeigt werden, dass dieses Verfahren in der Lage ist schichtselektive Hochfrequenzimpulse mit mehreren Schichten zu definieren die in ihren Eigenschaften weit über konventionelle Pulse hinausgehen und dabei alle technischen Randbedingungen erfüllen. Diese Methoden soll nun erstmals für die bestmögliche selektive Sättigung und Kontrasterzeugung beim CEST MRI in Ganzkörpersystemen untersucht werden. Bei erfolgreicher Projektumsetzung kann ein entscheidender Beitrag für eine bessere und patienten-freundliche Erfassung molekularer Information mittels MRI geleistet werden. Dies ist eine wichtige Basis für breitere klinische Anwendung im Biomarker Imaging und in der Präzisionsmedizin.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich
• Partnerorganisation: Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF)
• Kooperationspartner: Professor Dr. Kristian Bredies; Professor Dr. Rudolf Stollberger