A Single-Scan, Rapid Whole-Brain Protocol for Quantitative Water Content Mapping With Neurobiological Implications
20. Dezember 2019
Ana-Maria Oros-Peusquens, Ricardo Loução, Zaheer Abbas, Vincent Gras, Markus Zimmermann and N. J. Shah
Die Wasserkonzentration ist im gesunden menschlichen Gehirn streng reguliert und ändert sich bei gesunden Probanden nur geringfügig mit dem Alter und dem Geschlecht. Folglich sind Veränderungen des Wassergehalts wichtig für die Charakterisierung verschiedener Pathologien, darunter Alkoholismus, Hämodialyse, Schlaganfall, Tumor, hepatische Enzephalopathie und Multiple Sklerose. Die Standard-MRT kann zur Messung von Veränderungen des Wassergehalts des Gehirns verwendet werden, aber da diese Veränderungen gewöhnlich im niedrigen Prozentbereich liegen, sind für den Nachweis sehr genaue und präzise Methoden erforderlich.
Die in dieser Publikation vorgeschlagene Methode bietet eine schnelle, stabile und einfach zu verwendende Möglichkeit eine qualitativ hochwertige Kartierung zu erreichen. Sie basiert auf einer Lang-TR (10 s) Multiple-Echo-Gradienten-Echo-Messung mit einer Erfassungszeit von 7:21min. Die Verwendung einer solch langen TR stellt sicher, dass es keine T1-Gewichtung gibt, d.h. die Bildintensität bei Null-Echo-Zeit ist nur proportional zum Wassergehalt, zum Sendefeld und zum Empfangsfeld. Bei diesem Verfahren stellen die Sende- und Empfangsinhomogenitäten einen multiplikativen Faktor dar, der in der Nachbearbeitung z.B. mit SPM korrigiert wird.
Basierend auf einer Kohorte von 21 gesunden Probanden bei 3T-Feldstärke zeigen die Ergebnisse die Robustheit der Methode und ihre klinische Anwendbarkeit. Darüber hinaus wird erstmals die Verteilung von Wasser im menschlichen Kortex untersucht und als regionsspezifisch und hoch reguliert befunden. Dies eröffnet eine ganze Reihe von Anwendungsmöglichkeiten, nicht nur bei neurodegenerativen Erkrankungen, sondern möglicherweise auch bei psychiatrischen Leiden. Es wird erwartet, dass die kurze Messzeit, die je nach Anwendung noch weiter reduziert werden könnte, den Einsatz der quantitativen Wasserkartierung auch bei kritischen Anwendungen wie präoperativen Tumoruntersuchungen und akutem oder postakutem Schlaganfall erleichtern dürfte.
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