Oxygen Extraction Fraction basierend auf der 10-echo GE-SE EPIK Sequenz
Der Sauerstoffextraktionsnanteil (OEF) ist ein wertvoller Parameter zur Bestimmung des Gesundheitszustandes des Gehirns und dessen Metabolismus und kann wertvolle Informationen zur Charakterisierung und Therapie von Schlaganfällen sowie der Heterogenität von Hirntumoren liefern. Während der aktuelle Standard zur OEF Quantifizierung 15O-PET Messungen sind und diese auf radioaktiven Tracern basieren, kommen MR Methoden immer mehr in den Fokus. Zu diesem Zweck kann man die sogenannte quantitative BOLD Methode nutzen, welche OEF direct mit dem MR Parameter R2’ verbinden [1], welcher wiederum durch die beiden transversalen Relaxationszeiten T2 und T2* definiert ist. Zur simultanen Quantifizierung von T2 und T2*, haben wir eine neue 10-echo GE-SE EPIK Sequenz entwickelt. Basierend auf der kombinierten Messung von GE und SE Kontrasten (siehe Abb. 1a), übertrifft die Sequenz zuvor publizierte Sequenzen in Hinblick auf räumliche Auflösung und der Anzahl gemessener Kontraste, darunter ein zweites SE in Echo-Zeiten innerhalb von 114ms. Die Sequenz misst 20 Schichten in 57 Sekunden und durch die Nutzung von EPIK Modulen [2] zur Datenaufnahme, wird eine hohe zeitliche Auflösung und Stabilität gewährleistet [3,4]. Die quantifizierten T2 und T2* Werte wurden gegen Referenzmethoden in verschiednen Phantomen und 15 in vivo Probanden validiert (siehe Abb.1b) [5]. Die resultierenden OEF Werte der GE-SE EPIK Methode im Ruhezustand sind in guter Übereinstimmung mit Literaturergebnissen und die Sensitivität der Methode wurde in Experimenten mit Luft anhalten untersucht. Abwechselnde Phasen normalen Atmens und Luft anhaltens wurden ausgeführt und zeigt einen sinkenden OEF Verlauf während des Luft anhaltens mit anschliessender Erholung bei normalem Atmen (Abb. 2). Die entwickelte Sequenz bietet eine schnelle Messung von simultanen T2 und T2* Werten welche zu OEF Informationen verarbeitet werden können. Alles in allem, liefert die GE-SE EPIK Methode eine vielversprechende Grundlage zu verschiedenen klinischen Fragestellungen, welche Fokus unserer zukünftigen Arbeit sein werden.
REFERENCES
- He X, Yablonskiy DA. Quantitative BOLD: Mapping of human cerebral deoxygenated blood volume and oxygen extraction fraction: Default state. Magn Reson Med. 2007;57(1):115-126. doi:10.1002/mrm.21108
- Zaitsev M, Zilles K, Shah NJ. Shared k-space echo planar imaging with keyhole. Magn Reson Med. 2001;45(1):109-17.
- Yun SD, Shah NJ. Whole-brain high in-plane resolution fMRI using accelerated EPIK for enhanced characterisation of functional areas at 3T. PLoS One. 2017;12(9):e0184759.
- Yun SD, Weidner R, Weiss PH, Shah NJ. Evaluating the Utility of EPIK in a Finger Tapping fMRI Experiment using BOLD Detection and Effective Connectivity. Sci Rep. 2019;9(1):10978.
- Küppers F, Yun SD, Shah NJ. Development of a novel 10-echo multi-contrast sequence based on EPIK to deliver simultaneous quantification of T2 and T2*. Magn Reson Med. 2022. In press.