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MRT-basierte Perfusionsbildgebung in der Klinik und Forschung

Computer Assisted Clinical MedicineMedical Faculty Mannheim Heidelberg University

Theodor-Kutzer-Ufer 1-3

www.umm.uni-heidelberg.de/inst/cbtm/ckm

Klinische Medizinphysik I Slide 2 I 3/14/2018

Inhalt

• Was ist Perfusion?Diskussion

• Dynamic Susceptibility Contrast (DSC) MRIDiskussion

• Dynamic Contrast-Enhanced (DCE) MRIDiskussion

• Arterial Spin Labeling (ASL)Diskussion

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Inhalt

• Was ist Perfusion?Diskussion

• Dynamic Susceptibility Contrast (DSC) MRIDiskussion

• Dynamic Contrast-Enhanced (DCE) MRIDiskussion

• Arterial Spin Labeling (ASL) Diskussion


Was ist Perfusion?

Perfusion = Blutzirkulation

• Blutfluss

• Blutvolumen

• Transitzeit

https://healthsciencetechnology.wikispaces.com/file/view/10_004.jpg/56805290/10_004.jpg

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Was ist Perfusion?

Parameter, am Beispiel des Gehirns

• Zerebraler Blutfluss (Cerebral Blood Flow, CBF)

• Gemessen in ml/100g/min

Kopiert von Reishofer et al., MRM, 2011


Was ist Perfusion?




• Zerebrales Blutvolumen (Cerebral Blood Volume, CBV)

• Gemessen in ml/100g


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Was ist Perfusion?




• Zerebrales Blutvolumen (Cerebral Blood Volume, CBV)

• Gemessen in ml/100g

• Mittlere Passagezeit (Mean Transit Time, MTT)

• MTT = CBV/CBF



Was ist Perfusion?

Messung von Perfusion ist in unterschiedlichen Organen möglich und medizinisch interessant.

Typische Werte für den Blutfluss in verschiedenen Organen:

Determinants of Blood Flow and Organ PerfusionE. Calzia, Z. Iványi, and P. Radermacher

Organ BF (ml/100g/min)

Gehirn 40-100

Herz 80

Niere 400

Leber 100

Muskel 8

Haut 3

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Was ist Perfusion? Diskussion

• Was sieht man in der „normalen“ MR Bildgebung?

• Vorteile der Perfusion?

• Besonders interessant für welche Patienten?

• Wie kann man die Parameter messen?


Perfusionsbildgebung (DCE/DSC)

Bolus Injektion

C(t)

SDCE(t)SDSC(t)

PerfusionsParameter

Dynamisch T2/T2* gewichtet

Dynamisch T1gewichtet

DSC Signal Analyse

DCE Signal Analyse

Tracer Kinetische Analyse

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Bolus Injektion

C(t)

SDCE(t)SDSC(t)

PerfusionsParameter

Dynamisch T2/T2* gewichtet

Dynamisch T1gewichtet

DSC Signal Analyse

DCE Signal Analyse

Tracer Kinetische Analyse



Quantifizierung

• Annahme: Linearer Zusammenhang zwischen Kontrastmittelkonzentration und Signalverlust

• Hirngefäße als zufällig orientierte, paramagnetische Zylinder

• Simulation des Kontrastmitteleinflusses auf das MRT Signal

CBV?

CBF?

MTT?

http://mri-q.com/dsc-signal-v-gd.html

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Arterial Input Function a(t)

• Konzentrationskurve einer zuführenden Arterie (ACA, MCA,…)

• Muss manuell gesucht werden• Merkmale: flache Baseline, scharfe

und hohe Flanke• Je näher am Zielvolumen, desto

besser

Residue Function R(t)

• Relativer Anteil des zurückgebliebenen Kontrastmittels

• � 0 � 1 und lim�→�� 0• Muss rekonstruiert werden oder

anhand eines Modells simuliert werden

Kopiert von Calamante, Prog Nucl Magn Reson Spectrosc, 2013



Blutvolumen

�� d�� d�Blutfluss

� � � �� ∙ � � ⊗ � � � �� d��

�Transitzeit

�� d�

�� /��

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Dynamic Susceptibility Contrast (DSC) MRI

Björnerud & Emblem, Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism (2010) 30, 1066–1078


Dynamic Contrast-Enhanced (DCE) MRI

T2w Bild

miP Blutfluss Blutvolumen

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Perfusionsbildgebung (DSC/DCE)Discussion

• Vorteile von DSC MRI?

• Besonders interessant für welche Patienten und warum?

• Welche Nachteile?

• Vorteile von DCE MRI?




Arterial Spin Labeling (ASL)

• Idee: Arterielles Blut als endogenes KontrastmittelNicht invasiv!

• Einfließendes Blut muss markiert werden (Tag): Inversion

• Differenz aus Tag und normaler Aufnahme (Control) ist Maß für Blutfluss

• Probleme:

• Sehr wenig Signal (~ 1%)

• Bewegungsanfällig

• Quantifizierung hängt von vielen Parametern ab

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Kopiert von Petersen et al., Br J Radiol, 2006



• Mehrere Tag Möglichkeiten

• Zeitlich kurz, räumlich ausgedehnt: Pulsed ASL (PASL)

• Zeitlich ausgedehnt, räumlich klein: Continous ASL (CASL)

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• Quantifizierungsbeispiel Gehirn [Alsop et al., MRM, 2015]

• Pseudo CASL (pCASL)

• �� ∙!∙ "#$%&'$()"(*+,( ∙-./0/12,+($$456∙72,+($$4∙"8∙ 9)-:/0/12,+($$4

; � 0.9ml/g Blut-Hirn PartitionskoeffizientPLD Einflusszeit des Blutes (Post Labeling Delay)LD Labeldauer (Label Duration)�9,BCDDE � 1650ms Longitudinale Relaxation von Blut @ 3TI � 0.86 Labeleffizienz�� Protondichte gewichtetes Referenzbild



• Quantifizierungsbeispiel Gehirn [Alsop et al., MRM, 2015]

• Pseudo CASL (pCASL)

• �� ∙!∙ "#$%&'$()"(*+,( ∙-./0/12,+($$456∙72,+($$4∙"8∙ 9)-:/0/12,+($$4

; � 0.9ml/g Blut-Hirn PartitionskoeffizientPLD Einflusszeit des Blutes (Post Labeling Delay)LD Labeldauer (Label Duration)�9,BCDDE � 1650ms Longitudinale Relaxation von Blut @ 3TI � 0.86 Labeleffizienz�� Protondichte gewichtetes Referenzbild

CB

F in

ml/1

00g

/min

120

100

80

60

40

20

0

12


Arterial Spin LabelingDiskussion

• Hauptparameter von ASL?



CB

F in

ml/1

00g

/min


Das war‘s..

http://refindia.net/rindia/cartoons/cartoon20.htm

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